Thèse Réalisation d'Un Agent Théranostique Basé sur la Fluorescence Exaltée par Plasmon H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris Cité École doctorale : Chimie Physique & Chimie Analytique de Paris-Centre Laboratoire de recherche : Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes Direction de la thèse : Thanh HA DUONG ORCID 0000000209549193 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59 En science des matériaux, les phytovirus sont utilisés comme échafaudages 3D pour fabriquer des nanostructures fonctionnelles. Non pathogènes pour l'homme et faciles à produire, ils constituent des outils prometteurs pour la nanomédecine. Nous avons montré que des nanoparticules d'or (AuNPs) greffées sur les virus TYMV et TMV forment des nano-biohybrides performants pour la détection SERS et la photothermie et que les spectroscopies de corrélation (FCS, SCS) permettent une caractérisation fine de la taille et de la surface. Enfin, l'encapsulation de fluorophores, associée aux AuNPs en surface, amplifie fortement la fluorescence. Le projet vise à développer un dispositif théranostique combinant détection (SERS, SCS, FCS) et traitement photothermique ciblé de la protéine SOD via des aptamères, avec des étapes de synthèse, fonctionnalisation, caractérisation et évaluation biologique in vitro puis in cellulo. En sciences des matériaux, les virus de plantes sont utilisés comme des échafaudages 3D pour créer des nanostructures complexes fonctionnelles. L'intérêt de ces systèmes réside dans leur capacité de double fonctionnalisation de leur capside protéique, sur leur surface externe et dans leur cavité interne. Cette bifonctionnalité, leur caractère non pathogène pour l'homme et leur facilité de production ouvrent des perspectives importantes en nanomédecine [1]. Au département (D2, MAIN), nous avons greffé des nanoparticules plasmoniques (AuNP et coeur-coquille Au@Au-Ag) à la surface externe d'un virus végétal icosaédrique, le virus de la mosaïque jaune du navet (Turnip yellow mosaic virus, TYMV), et d'un virus hélicoïdal, le virus du tabac (Tobacco mosaic virus, TMV) [2]. Nous avons utilisé avec succès ces nano-biohybrides comme substrats puissants pour des capteurs SERS en solution et comme agents pour la photothermie. De plus, nous avons réussi à encapsuler des fluorophores dans le TYMV, et obtenu des résultats préliminaires qui montrent que les nanoparticules plasmoniques greffés à l'extérieur de la capside du TMV peuvent exalter la fluorescence des molécules encapsulées grâce à leur séparation spatiale imposée par la capside protéique (~ 7 nm) [3]. L'excitation des plasmons de surface localisés (LSPR) au sein de nanoparticules métalliques génère un intense confinement du champ électromagnétique à leur surface. Lorsqu'une molécule fluorescente est placée dans ce champ proche, son émission peut être amplifiée de manière spectaculaire (jusqu'à 3000 fois). Ce phénomène permet non seulement de s'affranchir de la limite de diffraction intrinsèque aux techniques optiques conventionnelles pour développer une imagerie à haute résolution, mais aussi de concevoir des capteurs ultra-sensibles [4].
Nous avons récemment démontré que la spectroscopie de corrélation figure parmi les méthodes les plus rapides et sensibles pour caractériser la taille et la chimie de surface des AuNPs. Parallèlement, la spectroscopie de fluorescence (FCS) constitue une méthode de référence pour l'étude de molécules fluorescentes, et permet de suivre la dynamique de diffusion et les interactions moléculaires en milieu biologique. Ces deux variantes de la spectroscopie de corrélation offrent une précision sub-nanométrique sur la détermination du rayon hydrodynamique (Rh) des NPs. Ces deux techniques permettent non seulement de quantifier le Rh pour différentes protéines, mais aussi de mesurer précisément le nombre de protéines adsorbées à la surface de chaque NP [5].
Dans ce projet nous envisageons de concevoir un dispositif théranostique ultra-sensible en couplant des méthodes de détection de pointe - la fluorescence exaltée par le plasmon (PEF), la spectroscopie de corrélation (FCS et SCS) et la diffusion Raman exaltée par le plasmon (SERS) - à une capacité d'action photothermique ciblée. Le dispositif utilise un virus de plante (TYMV) comme plateforme structurale pour obtenir des agents solubles et utilisables dans les milieux biologiques. La capside est fonctionnalisée par le greffage de nanoparticules d'or à sa surface externe et l'encapsulation de molécules fluorescentes en son coeur. Cet agent sera spécifique à la détection de la protéine SOD (Superoxyde Dismutase), un biomarqueur de cancer, afin de détecter, imager et traiter les cellules cancéreuses in situ [6]. Nous avons démontré la faisabilité de la détection de la SOD par SERS sur des NPs sphériques fonctionnalisées avec des aptamères (ADN simple brin synthétique, reconnaissant spécifiquement la SOD) à l'échelle nanomolaire [7]. De plus, les AuNPs greffés à la surface du virus ont montré une efficacité en photothermie exaltée par rapport aux AuNPs seuls [2b, 8]. Grâce à ce nouveau dispositif (voir schéma), nous proposons un nouvel agent théranostique avec une grande spécificité permettant de faire de l'imagerie de fluorescence ainsi que de la thérapie photothermique in situ. Méthode (stratégies envisagées pour atteindre les objectifs).
La thèse se déroulera en plusieurs étapes. Les deux premières pourront être réalisées en parallèle.
1) 0-12 mois : Synthèse des nanoparticules d'Or fonctionnalisées par l'aptamère spécifique à la SOD. Etude physico-chimique de l'interaction entre AuNP@Apt et la SOD par microcalorimétrie (ITC), SERS et SCS.
2) 0-12 mois : Encapsulation des fluorophores dans la capside de TYMV. Caractérisation par fluorescence stationnaire, et FCS.
3) 12-36 mois : Synthèse et caractérisation du dispositif théranostique. Deux voies sont envisagées.
a. Greffage des AuNPs sur la capside contenant le fluorophore, puis fonctionnalisation de l'hybride par l'aptamère. Étude de la fluorescence exaltée par le plasmon (intensité et durée de vie de fluorescence, FCS).
b. Greffage des AuNP@Apt sur la capside contenant le fluorophore.
c. Caractérisation du dispositif : détermination de la sélectivité et de la limite de détection par FCS et étude des propriétés thermoplasmoniques.
d. Détermination de la viabilité cellulaire (CC50) de l'agent et des propriétés photothermiques in cellulo.

Physico-chimie, Biotechnologies, sciences des matériaux, biochimie.