Biosondes luminescentes NIR-lanthanide pour l’imagerie in vivo

Résumé de la thèse

Dans le projet intitulé : NIR-NIR bioprobes émettant des lanthanides, notre objectif principal est de développer des bioprobes pour l'imagerie in vivo.

Grâce aux lanthanides qui possèdent des propriétés spectroscopiques remarquables (longue durée de vie luminescente et émission nette dans la plage spectrale infrarouge), ce qui les rend idéaux pour l'imagerie in vivo, et donc notre sujet d'intérêt.

Notre principale préoccupation dans cette thèse est la synthèse de nouveaux bioprobes utilisant des ligands incorporant des systèmes π-conjugués permettant une sensibilité efficace des états excités des ions lanthanides par des processus à un ou deux photons, visant à étendre ces sondes à la plage spectrale NIR correspondant à la fenêtre de transparence biologique et qui ouvre la voie à l'imagerie profonde des tissus biologiques (biopsie) et à l'imagerie in vivo. Des systèmes π-conjugués, basés sur des motifs donneur-accepteur, ont été développés et fonctionnalisés sur différents macrocycles pour sensibiliser efficacement les émetteurs NIR à savoir Sm, Nd et Yb, grâce à un processus connu sous le nom d'« effet antenne ». Les complexes sont ensuite bioconjugués à un peptide et internalisés dans les cellules. Fait intéressant, les complexes de Samarium colorent joliment les cellules vivantes lors de l'excitation par deux photons, donnant accès à des bio-probes NIR-NIR.

Dans le cas particulier du Nd, il n'a jamais été possible d'atteindre une sensibilisation pure par deux photons (2PA) dans la littérature en raison de la domination des transitions f-f dans la plage d'excitation 2P (700-900 nm). Pour atteindre notre objectif et surmonter ce problème, nous avons préparé un ensemble de différentes antennes de sensibilisation décalées vers le rouge avec une absorption couvrant une large gamme du spectre ; récemment étendue jusqu'à 500 nm. Cela permettra d'exciter son complexe Nd correspondant à 1000 nm par 2PA pour la première fois.

NIR-lanthanide luminescent bioprobes for in vivo imaging

In the project entitled: NIR-NIR lanthanide emitting bioprobes, our main goal is developing bioprobes for invivo imaging.

Thanks to the lanthanides that have remarkable spectroscopic properties (long luminescence lifetime and sharp emission in the infrared spectral range), which make them ideal for invivo imaging, and thus our subject of interest.

Our main concern in this thesis is the synthesis of new bioprobes using ligands incorporating π-conjugated systems that allow an efficient sensitization of excited states of lanthanide ions by one or two-photon processes, aiming to extend these probes to the NIR spectral range corresponding to the biological transparency window and which opens the way to deep imaging of biological tissues (biopsy) and in vivo imaging. π-conjugated systems, based on donor-acceptor moieties, were developed and functionalized on different macrocycles to efficiently sensitize NIR emitters namely Sm, Nd, and Yb, through a process known as “antenna effect”. Complexes are then bioconjugated to a peptide and internalized into the cells. Interestingly, Samarium complexes nicely staimed living cells upon two-photon excitation giving access to NIR-NIR bio-probes.

In the particular case of Nd, it was never possible to achieve a pure two-photon sensitization (2PA) in literature due to the domination of the f-f transitions in the 2P excitation range (700-900 nm). Seeking our goal, and to overcome this issue, we have prepared a set of different red-shifted sensitizing antennae with absorption covering a wide range of the spectrum; recently extended up to 500 nm. This will make it possible to excite its corresponding Nd complex at 1000nm by 2PA for the first time.