Micro et nanoparticules pour des applications biotechnologiques : fabrication de nanoparticules par copolymère dibloc pour l’imagerie médicale ; destruction de cellules cancéreuses par vibrations magnéto-mécaniques de microparticules magnétiques

Les nanoparticules magnetiques sont de nos jours largement exploitees dans le domaine de la recherche pour le biomedical, pour des applications aussi variees que le diagnostic, la therapeutique ou plus recemment la theranostique. Les nombreuses methodes de fabrication mises au point a ce jour permettent l’obtention d’une large gamme de nanoparticules en termes de taille, forme, materiaux et donc proprietes magnetiques. Le procede de fabrication ideal est celui qui permet la fabrication simple, peu couteuse et a grande echelle de nanoparticules parfaitement monodisperses. En ce sens, le premier volet de la these sera consacre a l’etude d’un nouveau procede de fabrication base sur la combinaison d’une approche « top-down » et « bottom-up », qui permet d’obtenir des nanoparticules de dispersion en taille tres etroite. L’idee est d’exploiter les proprietes d’auto-organisation d’un copolymere dibloc, dont l’une des deux phases peut s’organiser en cylindres verticaux dans la matrice de l’autre phase sous certaines conditions. La gravure selective des cylindres mene a l’obtention d’un masque de trous dans une matrice de polymere. On peut ensuite deposer le materiau magnetique, puis graver la matrice de polymere pour reveler les nanoparticules attachees au substrat. Si ce procede est mene sur une couche sacrificielle, les particules peuvent etre consecutivement mises en suspension. Les caracteristiques structurales et magnetiques de ces particules obtenues par auto-organisation du copolymere PS-PMMA seront etudiees, montrant que bien que ce procede de fabrication soit encore a ameliorer, il presente des avantages non negligeables en etant versatile, simple a mettre en œuvre et en permettant l’obtention de nanoparticules monodisperses et superparamagnetiques.Dans une seconde partie, un autre domaine biomedical sera aborde : le traitement du cancer. Une methode nouvelle et alternative aux techniques d’hyperthermie ou de delivrance ciblee de medicaments avait ete initiee par l’Argonne National Laboratory en 2010 et reprise a Spintec en 2011 : l’idee est de reactiver l’apoptose (ou mort programmee) de cellules cancereuses par vibrations magneto-mecaniques de microparticules magnetiques attachees a leur membrane. Il avait ete demontre qu’avec des champs exterieurs aussi faibles que 30mT a 20Hz, des disques de permalloy en configuration magnetique vortex induisent l’apoptose de facon significative. Dans ce contexte et dans l’optique de pouvoir utiliser cette methode pour des tests cliniques, des microparticules de magnetite, materiau biocompatible, ont ete fabriquees par lithographie optique via le meme procede que les disques de permalloy. Leurs proprietes structurales, magnetiques et leur comportement en suspension sont compares, ainsi que leurs effets sur les cellules in vitro via l’application d’un champ magnetique exterieur. A ce jour, les particules de permalloy sont superieures en termes d’efficacite sur le declenchement de l’apoptose des cellules cancereuses. Certains parametres du protocole tels que l’amplitude du champ doivent etre optimises pour les particules de magnetite, bien que les premiers effets observes soient encourageants pour la suite.