Thèse Réseaux Métallo-Organiques à Base de Lanthanides pour l'Imagerie Biologique dans le Proche-Infrarouge et la Thérapie H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV
Laboratoire de recherche : CBM - Centre de Biophysique Moléculaire
Direction de la thèse : Stéphane PETOUD ORCID 0000000346594505
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-06T23:59:59

Le but de cette thèse est de créer, caractériser est tester de nouveaux réseaux métallo-organique nanométriques (nanoMOFs) contenant des cations lanthanides émettant dans le proche-infrarouge vectorisés et fonctionnant comme agents d'imagerie optique pour identifier et localiser des cibles biologiques spécifiques: le cancer en utilisant des anticorps comme le trastuzumab et des pathologies neurologiques comme la maladie de Parkinson en utilisant des peptides ciblant les canaux potassiques des cellules affectées. Les deux aspects innovants de cette thèse sont i) l'utilisation de dérivés de pérylènediimide pour la sensibilisation des lanthanides tout en permettant d'exciter les nanoMOFs avec une lumière de basse énergie et ii) la fonctionnalisation par des anticorps ou des peptides pour cibler des zones impactées par des pathologies spécifiques liées au cancer et aux maladies neurodégénératives.

Avantages de l'imagerie optique dans l'infrarouge proche (NIR). L'imagerie optique dans l'infrarouge proche (NIR) est une technique qui suscite un intérêt qui croit de manière exponentielle pour la visualisation des cellules vivantes et l'observation non invasive des tissus profonds aussi bien dans les domaines fondamentaux des sciences de la vie qu'en recherche préclinique. Cela s'explique par la perméabilité tissulaire plus élevée, l'absorption et la diffusion plus faibles de la lumière NIR, ainsi que par une autofluorescence plus faible dans la région spectrale du NIR (650-1650 nm). La détection optique NIR ne nécessite pas de rayonnement ionisant à haute énergie, tel que les rayons X, susceptibles d'endommager gravement les cellules vivantes, et permet d'atteindre facilement une résolution moléculaire à l'aide d'agents d'imagerie NIR spécifiques. Néanmoins, malgré ce formidable potentiel, le choix d'agents d'imagerie NIR présentant une brillance, une spécificité et une biocompatibilité élevées reste aujourd'hui fortement limité.
Luminescence des Ln³ : avantages et défis. Les Ln³ présentent des propriétés optiques uniques, avec des bandes d'émission nettes et caractéristiques qui sont dues à des transitions f-f dans les domaines de l'UV, du visible et de l'infrarouge proche. Les longueurs d'onde de ces bandes d'émission ne varient pas en fonction des conditions expérimentales, ce qui permet de les distinguer facilement des signaux de bruit de fond. Pour créer des agents d'imagerie à base de Ln3+ brillants (émettant une grande quantité de lumière NIR) ce qui est nécessaires pour répondre aux besoins des applications pratiques décrites ci-dessus, deux défis principaux doivent être relevés. Le premier est le faible coefficient d'absorption molaire de Ln³ en raison de la nature interdite de la plupart des transitions f-f. Pour passer outre cette limitation, le Ln³ doit être entouré de groupes chromophores hautement absorbants, capables de fonctionner comme des « antennes » en absorbant la lumière d'excitation et en transférant l'énergie qui en résulte vers les niveaux électroniques accepteurs de Ln³, fournissant ainsi une excitation indirecte efficace. Le second défi consiste à minimiser les désactivations non radiatives dues aux harmoniques des vibrations O-H, N-H et C-H en créant un environnement protecteur autour de Ln3+ avec un nombre minimal de liaisons de hautes énergies.
NanoMOF contenant des ions Ln³ émettant dans NIR. Ces composés polymétalliques présentent l'avantage majeur de concentrer un grand nombre de groupes chromophores/sensibilisateurs et d'ions Ln³ émettant dans le NIR par unité de volume au sein d'une structure 3D hautement organisée et rigide, ce qui permet de surmonter la limitation liée aux faibles rendements quantiques dans le NIR et, par conséquent, d'obtenir une détection de grande sensibilité.

conception, synthèse, caractérisation et évaluation d'une nouvelle famille de réseaux métallo-organiques nanométriques (nanoMOF) ou de polymères de coordination contenant des ions lanthanides(III) (Ln³) qui émettent dans l'infrarouge proche (NIR) et servent d'agents d'imagerie optique pour identifier et localiser des cibles biologiques spécifiques : le cancer à l'aide d'anticorps et/ou des pathologies neurologiques (par exemple, la maladie de Parkinson) à l'aide de peptides.
Les deux aspects innovants principaux de cette thèse de doctorat sont : (i) l'utilisation de nouveaux chromophores pour la sensibilisation de Ln³ permettant leur excitation à des longueurs d'onde de faible énergie, et (ii) la fonctionnalisation des nanoMOF avec des anticorps ou des peptides pour permettre une imagerie NIR spécifique de différent types de pathologies.

Les travaux de thèse porteront sur la conception, la synthèse et la caractérisation physique de sensibilisateurs organiques, de complexes de coordination, de MOF et de nanoMOF, en incluant le développement de méthodes de miniaturisation, l'analyse des propriétés photophysiques avec un intérêt particulier pour la luminescence dans NIR, la bioconjugaison avec des anticorps et/ou des peptides, ainsi que l'imagerie optique dans NIR sur des cellules vivantes, des fantômes et des tissus.

Le(a) candidat(e) doit être titulaire d'un master en chimie organique, inorganique ou chimie des matériaux. Des connaissances ou une formation en conception et synthèse de MOF, de composés de coordination des lanthanides, ainsi qu'en spectroscopie et microscopie de luminescence constituent un atout, mais ne sont pas obligatoires.