Développement de nouvelles formulations d’antidotes à base de nanoparticules lipidiques de type bilosomes enrobés de chitosan avec ciblage actif, contre les intoxications par les neurotoxiques organophosphorés pour une administration par voie nasale

L’objectif de ce projet de thèse innovant est de mettre au point et valider l’efficacité biologique de nouvelles formulations incluant des réactivateurs originaux et brevetés (CNRS/IRBA). Ceux-ci présentent une activité à large spectre de l’acétylcholinestérase (AChE) inhibée par des Neurotoxiques OrganoPhosphorés (NOPs), d’où l’intérêt de développer des antidotes efficaces au niveau central, pour une administration nose-to-brain. Les nouvelles formulations à base de bilosomes conçues au CEA seront administrées par voie nasale, non invasive, ce qui pourrait permettre une délivrance cérébrale soit après passage dans la circulation systémique, soit par absorption au niveau de la zone olfactive. Cette dernière donne un accès direct au liquide céphalo-rachidien et au parenchyme cérébral, contournant ainsi la barrière hémato-encéphalique (BHE). L’approbation par les autorités de santé des traitements Nyxoïd (naloxone) et Valtoco (diazepam) montrent la pertinence des approches thérapeutiques par voie nasale pour faire face à des situations d’urgences (ex. overdose, épilepsie) chez de sujets pouvant être inconscients ou en détresse respiratoire. In fine, les innovations et la PI issues de ce projet pourraient intéresser la société OPGS Pharmaceuticals récemment créée, pour la valorisation des travaux, et éventuellement pour les étapes de développement précliniques (toxicité, sélectivité…) et de scale-up.
La thèse se déroulera à TOULOUSE.

Répartition des métaux dans la calcite à base de coccolithes et applications biotechnologiques des matériaux coccolithiques dopés aux métaux

Malgré les cultures établies de microalgues coccolithophores et la production à grande échelle de biominéraux de coccolithes (quantités de grammes de calcite minérale à partir de litres de culture), le coccolithe en tant que matériau fonctionnel avancé a peu progressé dans le domaine des bionanotechnologies. Ce projet décrira quantitativement le dopage métallique dans et à la surface de la calcite à base de coccolithes pour plusieurs métaux de transition, éléments du groupe principal et lanthanides. L'élucidation du potentiel du coccolithophore à incorporer des ions métalliques dans/à la production de calcite biogénique ne révèlera pas seulement les possibilités biotechnologiques des matériaux coccolithiques, mais offrira également un aperçu du rôle des métaux dans le processus de biominéralisation et l'effet de criblage biologique. Les matériaux coccolithiques dopés aux métaux feront l'objet d'une caractérisation physique et chimique (l'accent étant mis sur les métaux stratégiques dont l'incorporation dans la calcite biogène a été améliorée ou qui peuvent être remplacés/déposés à la surface des coccoltihs). Les candidats coccolithes dopés aux métaux seront sélectionnés en vue d'une application biotechnologique sur la base de leurs propriétés physiques et optiques (par exemple, activité catalytique pour les métaux de transition et photoluminescence pour les lanthanides).

Caractérisation de l’efficacité de greffage de protéines antigènes à des pseudo-capsides virales pour le développement de vaccins

Parmi les vecteurs utilisées pour développer des vaccins, les particules apparentées à des virus (VLP) sont particulièrement intéressantes pour le transfert d'antigènes (Ag). En effet, les VLP s'auto-assemblent en motifs moléculaires associés à des pathogènes, qui déclenchent de vigoureuse réponses immunitaires, évitant ainsi d’avoir recours à des adjuvants. Dans le cadre d’un projet ANR en partenariat avec l’Institut de Biologie Cellulaire Intégrative de Gif sur Yvette et l’Institut Gustave Roussy de Villejuif, nous nous intéressons à la caractérisation structurale de vaccins basés sur des pseudo-capsides de bactériophages T5 (T5-CLP).
Au cours de leur développement, divers indicateurs de qualité doivent être évalués de manière fiable pour orienter la conception du vaccin, contrôler sa production, et vérifier sa sécurité et sa stabilité. Plusieurs attributs affectant la pureté, l'efficacité et la sécurité des T5-CLP ont été identifiés. Parmi eux, la quantité d’Ag greffée est considérée comme critique car elle est déterminante de l’efficacité du vaccin. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous proposons de développer le potentiel des technologies de nano-caractérisation pour valider la charge antigénique de ces particules vaccinales de manière rapide et fiable. Pour cela, nous nous appuierons sur des approches conventionnelles telles que la protéomique ou la microscopie électronique, et sur une sélection de technologies avancées de nano-caractérisation dont la spectrométrie de masse à base de nanorésonateurs.

Simulation des nano-objets en milieu biologique

La compréhension des interactions non spécifiques ou spécifiques entre les biomolécules et les nanomatériaux est la clé du développement de nanomédicaments et de nanoparticules sûres. En effet, l'adsorption des biomolécules est le premier processus qui se produit après l'introduction de biomatériaux dans le corps humain ce qui contrôle leur réponse biologique. Dans le cadre de cette thèse, nous entreprendrons la simulation de l'interface nanosystème-biomolécules à l’échelle de la centaine de nanomètres en utilisant les nouveaux moyens de calcul exascale disponibles au CEA à partir de 2025 (machine Jules Verne installée au CCRT).

Matériaux nano et microstructurés à base de biominéraux: assemblage contrôlé et orienté de coccoliths

Les coccolithes des algues coccolithophoridés sont des microparticules anisotropes de calcite (CaCO3) de morphologie inhabituelle qui sont arrangées en structures 3D complexes. Leurs caractéristiques uniques, que ce soit à l'échelle microscopique ou nanométrique, rendent les coccolithes attrayants pour diverses applications, gamme appelée à s’étendre par leur modification et leur fonctionnalisation (bio)chimiques ainsi que par la capacité à les organiser en 2 et 3D. Cependant, les protocoles expérimentaux permettant ces réalisations n’existent pas encore.
L'objectif de ce projet est donc de développer des méthodes de fonctionnalisation régiosélective de coccolithes et leur assemblage en réseau. La fonctionnalisation régiosélective de la zone marginale et de la zone centrale des coccolithes sera réalisée par l’exploitation des différences locales de composition de la matrice organique insoluble des coccolithes. L'existence de telles différences locales dans la composition des biomacromolécules au sein de cette matrice n'a été démontrée que très récemment. En particulier, nous introduirons de manière régiosélective des (poly-)peptides pouvant servir de « point d'ancrage » pour modifier in vitro la matrice organique insoluble des coccolithes par génie génétique. Ces coccolithes modifié par ingénierie génétique constitueront la base de la construction de réseaux de coccolithes uniformément orientés. Trois approches pour l'assemblage de tels réseaux seront testées. Les propriétés structurales et physico-chimiques de ces matériaux hybrides à base de coccolithes seront déterminées par un ensemble de techniques analytiques.
Ce projet interdisciplinaire bénéficiera de l'expertise complémentaire de groupes de recherche français et allemands. À long terme, nous visons la mise au point d'un pool de méthodes pour doter les coccolithes des propriétés souhaitées, afin d'étendre l'utilisation de ces structures biominérales dans les applications nanotechnologiques.

Conception d’empreinte moléculaire à base d’aptamères pour le diagnostic des maladies neurodégénératives.

Le projet de thèse consiste à développer un nouveau type de diagnostique capable de détecter la signature d’une forme de protéine pathologique. Le but est de pouvoir améliorer le diagnostic des patients souffrant de protéinopathies neurodégénératives distinctes dues à l’agrégation des protéines alpha-synucléine et tau, notamment les maladies de Parkinson ou d'Alzheimer. Ce projet s'appuie sur l'expertise de notre équipe dans la technologie des aptamères (ligands à base d'acides nucléiques) et la production d’agrégats structuralement distincts d’alpha-synucléine et tau dont nous avons démontré qu’ils peuvent induire l’apparition de différentes formes de synucleinopathies et de tauopathies. Au cours de cette thèse, différentes banques d'aptamères seront évaluées contre plusieurs polymorphes de fibre de protéines retrouvées dans différentes maladies. Ces aptamères seront ensuite utilisés pour concevoir un test diagnostique selon un procédé que nous avons récemment breveté (AptaFOOT-Seq). L’étudiant devra avoir un gout prononce´ pour la recherche biomédicale et notamment par les aspects moléculaires de la biologie. Cette thèse lui permettra une formation approfondie en synthèse et purification d’ARN et de protéines, en évolution moléculaire dirigée, en PCR quantitative (qPCR et droplet PCR), en séquençage a` haut-de´bit, en analyse bio-informatique et en biochimie structurale. L’aboutissement de la thèse est d’obtenir des résultats valorisables en termes de propriété´ intellectuelle et de permettre a` l’étudiant d’envisager une carrie`re dans un environnement acade´mique ou industriel.

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