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Fanny Dussert

Vers des quantum dots moins toxiques, une approche « safer by design »

Publié le 12 novembre 2020
Thèse soutenue le 12 novembre 2020 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Biologie cellulaire

Résumé :
Les quantum dots (QD) sont des nanocristaux semi-conducteurs fluorescents aux propriétés optiques exceptionnelles, ce qui les rend particulièrement attractifs dans les domaines de l’optoélectronique et pour les applications biomédicales. Cependant, au cours de leur cycle de vie, le vieillissement des QD peut conduire à la dégradation de ces composés, induisant la libération d'éléments toxiques. Même si les études de toxicité sur les QD à base d'indium sont peu nombreuses, certaines révèlent une toxicité intrinsèque plus faible que les QD contenant des métaux lourds comme le Cd. Dans ce contexte, notre laboratoire synthétise différents QD d’InP recouverts de coquilles, conçus par une approche « safer by design », dans le but de produire des QD moins toxiques avec de meilleures propriétés optiques. Ces QD sont constitués d'une structure cœur/coquille de InZnP/Zn (Se,S) qui est recouverte, ou non, d'une couche additionnelle de ZnS, épaisse ou mince. Dans cette étude, des kératinocytes primaires humains, issus de chirurgies mammaires, sont exposés aux QD, après synthèse ou après vieillissement environnemental simulé. Dans un premier temps, les transformations physico-chimiques des QD au cours du vieillissement sont caractérisées et mettent en évidence d’importantes modifications photophysiques et structurales ainsi que la formation de produits de transformation. Néanmoins, les résultats montrent que les transformations physico-chimiques des QD sont ralenties par la présence de la double coquille, notamment lorsqu’elle est épaisse. Dans un second temps, l’évaluation de la toxicité des QD est effectuée et de nouveaux tests sont dévelopés en criblage à haut contenu (HCS) sur un microscope automatisé. Alors que les QD non vieillis se sont révélés relativement stables et peu toxiques pour les cellules, il n’en fût pas de même pour leurs produits de dégradation. L’exposition des cellules aux QD vieillis a mis en évidence une forte toxicité à faibles concentrations, modifiant l’expression de certains gènes et protéines essentiels à l’homéostasie cellulaire. Ces résultats montrent que les nouvelles générations de QD sont plus sûres. Cependant, il est important de continuer à améliorer leur photostabilité puisque leur dissolution et le relargage d’éléments toxiques en fin de vie sont inévitables pour le moment.

Jury :
Rapporteur : Pr Valérie Forest
Rapporteur : Dr Olivier Joubert
Examinateur : Pr Vincent Bonneterre
Examinatrice : Pr Elisa Boutet
Examinateur : Dr Thierry Orsiere

Mots clés :
Quantum dots, Safer by design, Structure cœur/coquille, toxicité, Kératinocytes primaires