Nanoparticules organiques fluorescentes dans le proche-IR pour l'imagerie in vivo en profondeur – IMAGEin

L'inflammation est un processus majeur dans de nombreuses maladies humaines. La phase d'apparition est caractérisée par la stimulation de l'expression du récepteur VCAM-1 par les macrophages/cellules gliales. Détecter précocement l'expression de VCAM-1 dans l'inflammation chronique est donc vital pour éviter des dommages tissulaires, qui apparaîtront lors d’une phase ultérieure. Des données précliniques sur la localisation et la densité de VCAM-1, obtenues avec de hautes résolutions spatiales et temporelles sont indispensables, que seules des techniques de microscopie intra-vitale peuvent fournir.
IMAGEin a l’ambition de concevoir et d’étudier les propriétés physico-chimiques et le devenir biologique de nanoparticules organiques fluorescentes (FONs), construites à partir de fluorophores présentant des propriétés de fluorescence induites par aggregation (AIE) dans le proche infra-rouge (NIR) et incorporés dans une enveloppe polymère fonctionnelle. Ces FONs seront ensuite utilisées en application pratique en imagerie biphoton in vivo de l’inflammation grâce au ciblage spécifique du récepteur VCAM-1.
IMAGEin se structure en 5 grandes tâches scientifiques.
Il s’agira d’abord d’obtenir des fluorophores AIE émettant dans le NIR, en incorporant des hétérocycles électro-donneurs forts comme l’indolizine et l’azaindolizine, dans des structures originales. Un des défis sera de déplacer l'émission dans le NIR, en conservant un rendement quantique de fluorescence à l’état solide convenable.
La seconde tâche concerne la production de polymères d'acide hyaluronique (HA) fonctionnalisés pour améliorer les stabilités chimique et biologique des FONs et permettre d’augmenter leurs furtivités in vivo. Ainsi, des groupes thiols seront introduits de manière contrôlée sur HA. Le HA modifié pourra ensuite être réticulé par formation de ponts disulfures. La réactivité des fonctions thiol permettra également l'introduction d'unités d’adressage à la surface des FONs. Puis, le couplage avec des nanobodies cAbVCAM1-5 spécifique de VCAM-1 sera réalisé.
L’étape clé sera la préparation de FONs cristallins, de taille inférieure à 50 nm, stables à l'état colloïdal et redipersables dans l'eau, par une procédure de nanoprécipitation/lyophilisation. Afin d'appréhender les paramètres physico-chimiques contrôlant la nanoprécipitation, nous établirons les diagrammes de phases et identifierons les domaines Ouzo, où sont générées des nanoparticules de tailles inférieures à 100nm. La réticulation assurant la stabilité finale et l'ajout de Pluronic F68 favoriseront la cristallisation du noyau au cours de la lyophilisation. Un soin particulier sera apporté pour une production à l'échelle du gramme de dispersions solides de FONs.
Le devenir in vivo des FONs, les interactions FONs/protéines seront étudiés, par analyse de la couronne protéique formée in vivo. Enfin, des études de circulation sanguine et de clairance, ainsi que des études par imagerie biphoton chez la souris seront menées. La localisation et la densité du VCAM-1 seront évaluées sur un modèle de neuroinflammation développé chez la souris et des FONs substitués par des ligands ciblants VCAM1-5.
Un solide consortium de 5 partenaires s’est construit autour de ce projet, apportant leur expertise complémentaire en chimie des fluorophores, en glycochimie, en chimie des polymères, nanoprécipitation,nanomédicine, et microscopie in vivo.