Atherosclerosis is at the onset of the cardiovascular diseases that are among the leading causes of death worldwide. Currently, high-risk plaques, also called vulnerable atheromatous plaques, remain often undiagnosed until the occurrence of severe complications, such as stroke or myocardial infarction. Molecular imaging agents that target high-risk atheromatous lesions could greatly improve the diagnosis of atherosclerosis by identifying sites of high disease activity. Moreover, a “theranostic approach” that combines molecular imaging agents (for diagnosis) and therapeutic molecules would be of great value for the local management of atheromatous plaques. The aim of this study was to develop and characterize an innovative theranostic tool for atherosclerosis. We engineered oil-in-water nano-emulsions (NEs) loaded with superparamagnetic iron oxide (SPIO) nanoparticles for magnetic resonance imaging (MRI) purposes. Dynamic MRI showed that NE-SPIO nanoparticles decorated with a polyethylene glycol (PEG) layer reduced their liver uptake and extended their half-life. Next, the NE-SPIO-PEG formulation was functionalized with a fully human scFv-Fc antibody (P3) recognizing galectin 3, an atherosclerosis biomarker. The P3-functionalized formulation targeted atheromatous plaques, as demonstrated in an immunohistochemistry analyses of mouse aorta and human artery sections and in an Apoe^−/− mouse model of atherosclerosis. Moreover, the formulation was loaded with SPIO nanoparticles and/or alpha-tocopherol to be used as a theranostic tool for atherosclerosis imaging (SPIO) and for delivery of drugs that reduce oxidation (here, alpha-tocopherol) in atheromatous plaques. This study paves the way to non-invasive targeted imaging of atherosclerosis and synergistic therapeutic applications.

To understand how nanoparticles (NPs) interact with biological barriers and to ensure they maintain their integrity over time, it is crucial to study their in vivo pharmacokinetic (PK) profiles. Ma...

La rupture de la plaque athéromateuse est la cause d'environ 70% des attaques cardiaques soudaines et souvent mortelles. Les lésions athéroscléreuses sont des épaississements focaux riches en lipides dans les parois des artères. Développer un (ou des) agent de contraste ciblant est d'un intérêt clinique crucial pour évaluer les composants à l’origine du risque de rupture. L'imagerie moléculaire nécessite des sondes hautement sensibles et spécifiques constituées de ligands pour le ciblage. Les ligands sont ici des fragments d’anticorps humains recombinants (scFv) qui sont fonctionnalisés sur des nanoparticules multimodales chargées (1) d'oxyde de fer pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) non-invasive et (2) de fluorophores dans le proche infrarouge (PIR) pour l'imagerie de fluorescence au niveau tissulaire et cellulaire. Les particules à base d’oxyde de fer (USPIOs) sont employées en IRM pour leurs propriétés superparamagnétiques qui induisent localement (au niveau des tissus d’accumulation) un hyposignal. Ces particules sont aussi caractérisées par leur capacité à diminuer les valeurs tissulaires d’un paramètre physique temporel appelé T2*. L’évaluation quantitative de l’accumulation des USPIOs au sein de la plaque d’athérome par IRM paramétrique est depuis une dizaine d’années un champ d’investigation en plein essor. Bien que la recherche pré-clinique en imagerie moléculaire soit très active dans le domaine de la conception de sondes dédiées à l’athérosclérose, elle nécessite en parallèle le développement et la validation de protocoles d’imagerie paramétrique robustes chez le petit animal. L’objectif de cette thèse a été de développer des outils d’imagerie permettant la caractérisation pré-clinique de la plaque d’athérome chez le petit animal (protocole d’imagerie et agents de contraste ciblants). La première phase du projet a permis la synthèse et la caractérisation de différents agents de contraste multimodaux (IRM/PIR). Dans un second temps, un travail a été consacré à la production d’anticorps humains recombinants spécifiques de la plaque d’athérome (scFv). Dans une optique de démarche qualité s’inspirant de la méthode « Six Sigma », un protocole d’imagerie paramétrique par IRM a ensuite été développé et validé afin de permettre une caractérisation robuste du T2* de la plaque d’athérome chez des souris ApoE-/-. Au cours d’une dernière étape, les scFv produits ont été fonctionnalisés sur les USPIOs par différentes voies de greffage. La cinétique d’accumulation des agents de contraste ciblant a finalement été étudiée in vivo chez la souris ApoE-/- à partir du protocole d’imagerie validé.