Thèse

Lundi 15 Décembre 2025 à 14h00.

Caractérisation structurale et optique de nanoclusters d or fixés par des protéines par échange de ligand

Charlène BOUANCHAUD

Amphithéâtre de la BU Lyon 1

Invité(e) par
Fabien CHIROT

présentera en 2 heures :

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Membres du jury / jury members :
Fabien CHIROT, Directeur de thèse, Institut Lumière Matière (ILM), Université Claude-Bernard Lyon 1, France
Olivier PLUCHERY, Rapporteur, Institut des NanoSciences de Paris (INSP), Sorbonne Université, France
Emmanuelle SACHON, Rapportrice, Laboratoire Chimie Physique et Chimie du Vivant (CPCV), UMR 8228 CNRS, Sorbonne Université, France
Franck BERTORELLE, Examinateur, Unité en Sciences Biologiques et Biotechnologies (US2B), Nantes Université, France
Aude DEMESSENCE, Examinatrice, Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon (IRCELYON), Université Claude-Bernard Lyon 1, France
Anne PILLONNET, Examinatrice, Institut Lumière Matière (ILM), Université Claude-Bernard Lyon 1, France
Rodolphe ANTOINE, Invité, Institut Lumière Matière (ILM), Université Claude-Bernard Lyon 1, France

Résumé / Abstract :
Les nanoclusters d’or, Au NCs, sont des nanoparticules extrêmement petites de diamètre généralement inférieur à 2 nm présentant des effets de confinement quantique. Ils sont protégés et stabilisés par une enveloppe de ligands (molécules organiques, peptides ou macromolécules type protéines) qui leur confère des propriétés optiques et électroniques uniques. La réponse optique de ces objets dépend fortement du nombre précis d'atomes métalliques mais également de la nature des ligands protecteurs. De nombreuses études ont prouvé que les modèles biologiques, telles que les protéines, sont de bons agents stabilisateurs des Au NCs en augmentant leurs propriétés photoluminescentes, tout en renforçant leur biocompatibilité.
Cette thèse s’inscrit dans le projet ANR NanoGOLD, qui consiste à étudier l’utilisation de protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs) en tant que support des Au NCs pour leur auto-assemblage et la modulation de leurs propriétés optiques. Plus précisément, l’objectif est de tirer profit de la possibilité de fixer un ou plusieurs Au NCs, à des emplacements contrôlés sur une séquence protéique en utilisant des groupes réactifs, tels que la maléimide ou le carbonyle acrylique, en surface du cluster pour permettre une conjugaison sélective aux résidus cystéines des IDPs. Après de multiples essais, les résultats ont finalement été obtenus en utilisant une méthode d’ancrage alternative, par échange de ligand entre celui d’origine, p-MBA (acide para-mercaptobenzoïque), et les cystéines de l’IDP. Une part significative de ce projet a été dédiée à la caractérisation structurale des nouveaux objets hybrides formés en déterminant leur composition stœchiométrique par de la spectrométrie de masse à haute résolution. Les résultats ont notamment démontré la formation de plusieurs complexes qui sont toujours constitués d’un seul NC Au25 associé à un nombre variable d’IDPs.
En parallèle de cette étude, deux approches complémentaires reposant sur la même stratégie d’échange de ligand ont été explorées avec des séquences protéiques de différentes longueurs et flexibilités structurales. Une première étude a été réalisée avec une protéine structurée, l’α-lactalbumine (14 kDa) tandis que la seconde a été menée avec des peptides modèles, dont la longueur de la chaîne peptidique varie de 6 à 10 acides aminés. De nouveau, une caractérisation structurale des nouveaux complexes formés a été effectuée par spectrométrie de masse. Le couplage de cet outil analytique à la mobilité ionique a permis d’approfondir les analyses en suggérant notamment que l’ancrage d’un NC à la surface de l’α-lactalbumine forme un complexe plutôt compact avec un échange massif de ligands. En ce qui concerne les complexes Au NCs – α-lactalbumine formés, une part importante de l’étude a consisté à mesurer les propriétés photophysiques de ces nouveaux objets hybrides notamment par spectroscopie SWIR (fluorescence dans le proche infrarouge NIR-II). L’échange de ligand affecte peu la position des bandes sur les spectres d’absorption et d’émission mais agit essentiellement sur l’efficacité de fluorescence, confirmant les études pionnières utilisant l’albumine comme protéine. En effet, les mesures ont démontré une augmentation significative des propriétés photoluminescentes du NC lorsqu’il interagit avec la protéine, qui peut être mis en relation avec un allongement de sa durée de vie de fluorescence. Enfin, il a été mis en évidence que ces objets présentent un plus grand potentiel pour la génération d’espèces réactives de l’oxygène.
En conclusion, les différentes stratégies explorées dans cette thèse ont démontré que quel que soit le support stabilisateur étudié, IDP, protéine structurée ou peptide modèle, l’échange de ligand conduit à la formation de nouveaux complexes hybrides avec l’ancrage d’un seul NC Au25, modulant ainsi les propriétés photophysiques de ces Au NCs.

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