Offre de thèse en détection photoacoustique biomédicale : Quantification de l’effet « hotspot » nanomét

Sujet de thèse :
Les nanoagents photothermiques thérapeutiques visent à convertir l’énergie optique en chaleur pour induire une hyperthermie et une réponse au stress dans les tissus biologiques ciblés. À partir d’une excitation optique externe, l’énergie est absorbée par les nanoagents, transformée en chaleur, puis transférée au milieu environnant. À l’échelle macroscopique, une excitation laser continue d’une collection de nanoagents conduit à un échauffement global jusqu’à ce qu’un état stationnaire soit atteint. Cependant, cette vision macroscopique ignore l’hétérogénéité spatiale nanométrique de la distribution de température, alors que de forts gradients thermiques pourraient induire des effets thérapeutiques localisés. Cette hyperthermie nanométrique, également appelée effet « hotspot », pourrait être plus précise (Nicolas-Boluda et al., 2021) et nécessiterait moins de particules qu’une hyperthermie macroscopique. Cependant, bien que l’effet « hotspot » commence à attirer l’attention, sa quantification expérimentale sans modification des nanoagents (sonde luminescente ou méthode destructive) reste un besoin non satisfait pour caractériser l’efficacité des nanoagents prometteurs.
L’objectif de ce projet doctoral est de développer une méthode innovante de détection et quantification de l’effet « hotspot » dans des suspensions aqueuses de nanoagents optiquement absorbants, sans modification chimique des nanoagents, avant (sonde de température) ou pendant la mesure (dégradation). Nous faisons l’hypothèse que la photoacoustique quantitative opérant à l’échelle mésoscopique (plusieurs µL de solution) peut mesurer le gradient de température dans une couche nanométrique autour des nanoagents lorsque la suspension de nanoagents est chauffée simultanément par un stimulus externe supplémentaire.
La détection photoacoustique (vidéo d’introduction : https://youtu.be/2f3V0DQNLYg) repose sur la transformation de l’énergie optique absorbée en ondes ultrasonores, lorsqu’une excitation optique transitoire est utilisée. L’énergie optique transformée en chaleur induit une augmentation transitoire de la pression dans la couche nanométrique entourant chaque nanoagent. Récemment, nous avons démontré que l’efficacité de conversion lumière-chaleur à l’échelle macroscopique peut être mesurée précisément par spectroscopie photoacoustique quantitative pour des nanoagents photothermiques (Lucas et al., 2023). À cette fin, nous avons déterminé le coefficient photoacoustique de suspensions de nanoparticules avec un spectromètre photoacoustique développé en interne (Lucas et al., 2022). Pour caractériser la distribution de température à l’échelle nanométrique, nous proposons de combiner l’excitation pulsée de la détection photoacoustique avec un chauffage continu des nanoagents en suspension, et de bénéficier de la longueur de détection nanométrique de la photoacoustique. Cette nouvelle méthode de nanothermométrie ouvrira
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