Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de Alice Balfourier effectuée sous la direction de Florent Carn et Florence Gazeau.

Soutenance le mercredi 20 novembre 2019 à 13h30.

Lieu : bâtiment Condorcet, Amphithéâtre Pierre-Gilles de Gennes (niveau -1). La soutenance sera suivie d’un pot au 6e étage.

Biotransformations, dégradation et cycle de vie des nanoparticules d’or en milieu intracellulaire

Résumé :

Les nanoparticules d’or possèdent des propriétés optiques uniques qui en font des outils prometteurs pour l’imagerie médicale, la thérapie ou le diagnostic. Toutefois, le cycle de vie de ces nanoparticules reste encore relativement mal connu à l’échelle cellulaire. A court terme, les nanoparticules sont internalisées par les cellules et séquestrées au sein des lysosomes, qui sont les compartiments intracellulaires chargés de la dégradation et du recyclage des composés endogènes défectueux ou exogènes. Notre étude s’est centrée sur cette étape du cycle de vie des nanoparticules, et en particulier sur la dualité du lysosome et des nanoparticules qu’il contient. Dans un premier temps nous avons étudié ce système du point de vue du lysosome, et particulièrement l’impact des nanoparticules d’or sur son intégrité structurelle et fonctionnelle. Dans un second temps, nous avons considéré ce système du point de vue des nanoparticules elles-mêmes et de leurs biotransformations en milieu lysosomal. Dès leur séquestration dans le lysosome, les nanoparticules s’agrègent, ce qui module leurs propriétés optiques des nanoparticules d’or, et peut donc modifier leur potentiel médical. Afin de mieux comprendre cette première biotransformation, nous avons caractérisé la nature des agrégats formés au sein du lysosome, et mis en lumière le potentiel thérapeutique des agrégats de nanosphères, qui isolées sont jugées médicalement non pertinentes. Enfin, nous nous sommes intéressés au devenir à long terme des nanoparticules d’or en étudiant leur biodégradation dans le lysosome (voir la figure). Ce phénomène, qui va à l’encontre des croyances scientifiques jugeant que les nanoparticules d’or sont bio-inertes, a été observée dès quelques semaines et est suivi d’une recristallisation de l’or libéré. Nous avons mis en évidence des similitudes dans la réponse aux nanoparticules d’or et à l’or ionique qui suggèrent qu’il existe un métabolisme commun à ces deux formes d’or. Cette analogie ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension du cycle de vie des nanoparticules mais aussi pour la thérapie.

Abstract :

Gold nanoparticles display unique optical properties, and are considered as promising devices for medical imaging, therapy and diagnostic. Nevertheless, nanoparticles life cycle is still poorly understood at the cellular range. On the short term, nanoparticles are internalized by cells and sequestrated into the lysosomes, which are the intracellular vesicles responsible for the degradation and recycling of damaged endogenous and exogenous compounds. We focus our study on this step of nanoparticle life cycle, and more precisely on the lysosome and its nanoparticles content. Firstly, we studied this system form the lysosome point of view, and on the impact of gold nanoparticles on its structural and functional integrity. Secondly, we considered the nanoparticles point of view, and the biotransformation they undergo in the lysosome. Once sequestrated into the lysosome, nanoparticles aggregate which modulate their optical properties, and thus modify their therapeutic potential. In order to capture this first biotransformation, we characterized the nature of these intracellular aggregates, and highlight the therapeutic potential of gold nanosphere, while they are considered as medically irrelevant when dispersed. Finally, we focus our study on the long-term fate of gold nanoparticles, and their biodegradation inside the lysosome. Despite the current dogma that assert that gold nanoparticles are bio-inert, this degradation was proven to take place within weeks, and to be followed by the recrystallization of released gold. We evidence similarities between the response to gold nanoparticles and ionic gold, suggesting a common gold metabolism. This analogy opens up new prospects for the understanding of gold nanoparticle life cycle, but also for therapy.