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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Évaluation in situ de l'efficacité de nanoparticules greffées sous des débits de dose d'électrons extrêmes

Spécialité : CHIMIE / Chimie-physique

Contact : BALDACCHINO Gerard,
e-Mail : gerard.baldacchino@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 57 02
Laboratoire : LIDYL/DICO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 01/03/2023

Résumé :
L'objectif de ce projet de
formation est de sonder la capacité de NP-Pt étiqueté avec RhB pour améliorer l'effet du faisceau
provenant de l'accélérateur d'électrons piloté par laser-plasma, et d'utiliser ce protocole pour
caractériser et quantifier leur efficacité pour améliorer les effets de rayonnement lorsqu'il est soumis
à des paquets d'électrons à débit de dose extrême tels que FLASH. Il comprend des mesures et une
analyse approfondie de l'intensité de fluorescence du NP-PtRhB pour sonder en temps réel les
changements chimiques rapides dans les cellules et déterminer la dose locale délivrée. Nous prévoyons
de mesurer les rendements de fluorescence dans différentes lignées cellulaires (HeLa, PC3,
glioblastome U87, pancréas BxPC3, fibroblaste) cultivées en mode de culture monocouche classique
(2D).

Sujet détaillé :
Dans le cadre de l'étude des nanoparticules (NPs) utilisées en radiothérapie comme radio-amplificateurs pour augmenter les effets des rayonnements sur les cellules tumorales, il est primordial de suivre leur effet en temps réel, par des méthodes rapides et non intrusives. Ce protocole de suivi rapproché proposé dans ce projet est la première étape pour la prédiction de l'efficacité du renforcement radio et l'évaluation de la dose délivrée localement en présence de NPs. Ainsi, le développement d'un nouvel outil et d'une nouvelle méthode nano-dosimétrique pour assurer la standardisation et la transférabilité des solutions à la clinique est une étape majeure pour développer de nouvelles stratégies de radiothérapies anticancéreuses.

Les hypothèses de ce projet sont les suivantes : L'équipe de l'ISMO a conçu une NP de platine multifonctionnel (NP-Pt) greffé avec des molécules de Rhodamine-B (RhB). La fluorescence RhB de la NP-Pt transplantée a d'abord été utilisée pour le suivre jusqu'à son internalisation dans la cellule cible. L'exploitation de la durée de vie de fluorescence () du RhB greffé au NP-Pt (NP-Pt-RhB) ouvre de nouvelles possibilités pour effectuer le suivi des effets du NP-Pt sur l'administration de dose locale dans les cellules tumorales et in vivo.

Il est aussi connu que la durée de vie de fluorescence (τ) renseigne sur l'environnement de l'émetteur de fluorescence (RhB) car les transferts de charge ou les réactions permettent à l'état excité de se détendre par des voies non radiatives. Ainsi, les modifications de l'environnement, dues à la modification du pH, à l'application d'un champ électrique ou à une température élevée ou à la production de sous-produits, entraînent des variations de τ.

Lors de l'irradiation, l'environnement des cellules cibles tumorales change. Il produit instantanément un fort champ de molécules ionisées (essentiellement celles de l'eau) et engendre très rapidement la production de radicaux libres. Ces espèces affectent la relaxation des états excités d'une molécule de colorant telle que RhB. L'interaction de l'émetteur de fluorescence avec les radicaux "éteint" la fluorescence. Ainsi, la mesure de τ donne accès à la composition chimique locale, à l'efficacité et à la dose locale induite par le rayonnement.

Une nouvelle modalité en radiothérapie est le FLASH utilisant des débits de dose ultra élevés. Les nouveaux accélérateurs d'électrons pilotés par laser-plasma peuvent atteindre un débit de dose d'environ 109-12 Gy/s, plusieurs ordres de grandeur supérieur au débit de dose utilisé pour le traitement conventionnel (de l'ordre de 1 Gy/min). Les processus fondamentaux responsables de l'effet FLASH sont en cours d'investigation et non élucidés à ce jour. Ces sources spécifiques de particules à débit de dose extrême pourraient être utilisées pour élucider l'effet FLASH

L'objectif de ce projet de formation est de sonder la capacité de NP-Pt étiqueté avec RhB pour améliorer l'effet du faisceau provenant de l'accélérateur d'électrons piloté par laser-plasma, et d'utiliser ce protocole pour caractériser et quantifier leur efficacité pour améliorer les effets de rayonnement lorsqu'il est soumis à des paquets d'électrons à débit de dose extrême tels que FLASH. Il comprend des mesures et une analyse approfondie de l'intensité de fluorescence de la NP-PtRhB pour sonder en temps réel les changements chimiques rapides dans les cellules et déterminer la dose locale délivrée. Nous prévoyons de mesurer les rendements de fluorescence dans différentes lignées cellulaires (HeLa, PC3, glioblastome U87, pancréas BxPC3, fibroblaste) cultivées en mode de culture monocouche classique (2D).
Techniques utilisées au cours du stage :
Spectroscopie de fluorescence; TCSPC

Mots clés : Nanoparticules; Culture cellulaire 2D

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