Nanoparticles functionalized with human antibodies for multimodal molecular imaging of ...

237 Pages·2017·9.42 MB·English

by  Mélusine Larivière

THÈSE PRÉSENTÉE
POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR DE
L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX

École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité : Bioimagerie

Par Mélusine LARIVIÈRE

Nanoparticles functionalized with human antibodies for
multimodal molecular imaging of atherosclerosis

Sous la direction de : Gisèle CLOFENT-SANCHEZ, DR CNRS, Université de Bordeaux,
Bordeaux, France
Co-directeur : Christoph Eugen HAGEMEYER, Group leader, ACBD, Monash
University, Melbourne, Australia

Soutenue le 19 décembre 2016

Membres du jury :
Mme NAVARRO-TEULON Isabelle, CR à l’IRCM, Montpellier Rapporteur
M. BOQUET Didier, DR au CEA, Saclay Rapporteur
M. WATIER Hervé, PU-PH à l’Université François Rabelais, Tours Examinateur
Mme CRAUSTE-MANCIET Sylvie, PU-PH à l’Université de Bordeaux Examinateur
M. BESSEDE Alban, Président de la société ImmuSmol, Pessac Examinateur
Mme CLOFENT-SANCHEZ Gisèle, DR au CNRS, Bordeaux Examinateur
M. HAGEMEYER Christoph, Group Leader au ACBD, Melbourne Examinateur

C’est en essayant continuellement que l’on finit par réussir. Donc plus ça rate, plus on a de
chances que ça marche.
[Claude Piéplu, Devise Shadock]

It is by continuously trying that one eventually succeeds. Hence the more you mess up, the more
it may finally work.
[Claude Piéplu, Shadock saying]

Acknowledgments
Merci à mes rapporteurs d’avoir accepté d’examiner ce travail de thèse, ainsi qu’aux membres
du jury de leur intérêt pour ces travaux.
Plus que jamais dans ce marathon qu’est la fin de thèse, mes remerciements vont à Gisèle
Clofent-Sanchez. Pour son immense soutien, sa foi en mes supposées capacités, et -je crois
pouvoir le dire- son amitié. À toutes les bières partagées : celles pour célébrer une victoire,
noyer une défaite, régler un conflit ou simplement discuter. À nos aventures passées, en
Australie, en Thaïlande et ailleurs, et pour celles à venir. Pour les moments de loose (je pense en
particulier à ce vol retour de Marseille où on a pris un tel orage sur la gueule qu’il a fallu
attendre 2 heures qu’ils rouvrent la tour de contrôle pour qu’on puisse décoller !), les moments
de gloire (hé, quand même, tu les as eus ces financements !) et tous les moments de doute qui
ne t’ont jamais fait passer l’envie de rire. Merci. Beaucoup.
Merci infiniment à toute l’équipe de Bordeaux. Jeanny, sa disponibilité et son humour pince-
sans-rire, Marie-Jo et son rire qui ramène le soleil en plein cœur de l’hiver, Stéphane pour ses
conseils, Audrey toujours motivée et Florence toujours enthousiaste. À Ségolène, parce que tu
feras toujours partie de l’équipe. Un merci tout particulier à Cyril qui m’a évité la pendaison en
me sortant d’affaire lors de la mise en page de ce document, merci également pour ton patient
enseignement pendant cette année de manips communes.
Merci à mes collègues du RMSB et de la PTIB, pour les bons conseils et les bons moments.
A massive thank you guys to all the Melbourne team. To my supervisor Christoph for his
patience and trust. To all the team for being so friendly, helpful and patient. Cheers to you, the
Tall timber brekkies and the TGIF labmeetings/beergardens! To Shweta for teaching me
everything about sub-cloning and production, for the indian food and the kindness. Thank you
Karen for the hospitality, the bike, the Sunday arvo coffees and strolls, and so much more.
Thank you Hannah for being so ooowesome, for the puns I didn’t get and the ones I did. For the
food and laugh sessions we shared, and the kiwi toasts! Thanks Lok for the geekiness, the Lucky
Coq and Exploding kittens. Thank you Mei for the interesting discussions, for being so nice and
friendly. Thank you Austrian Thomas for the bike repair service, the Thursday steak nights and
the nice promenades to the market or along the Yarra.
Thank you French Thomas, brother-in-lab, for the taste of France when I was feeling homesick.
À la santé de Dikkenek, des Casseurs Flowteurs, des embuscades, des grands-packs-de-Carlton-
comme-ça-il-en-restera, du switch magique et des black-listing xD Si c’est pas à Melbourne ce
sera à Caen, à Bordeaux, peu importe tant qu’on y trouve à boire. Merci au reste de la french
team pour avoir fait de cette année un très très grand cru qui restera dans les anals.
Merci encore et toujours à ma famille pour votre amour, votre soutien, vos zourseries et tout le
reste. Bien sûr on ne choisit pas les trottoirs de Manille, de Paris ou d’Alger pour apprendre à
marcher… Être née quelque part au milieu des champs de betteraves c’était peut-être un
hasard, grandir si bien entourée c’est un sacré coup de bol.
Un vieux dicton dit qu’on n’a que ce qu’on mérite, alors, malgré tout le boulot qu’elle
représente, cette thèse ne sera jamais un si grand accomplissement que votre amitié à tous,
gens divers, étranges et merveilleux. Pour mes Pounaches, les Guindoules, La Bande de Potes™,
la team Vovinam, les vieux amis perdus de vus et retrouvés, ceux qui sont loin des yeux, pas du
cœur et tous les autres. MER.FUCKING.CI. Et à la vôtre !
Je voudrais continuer à ne pas féliciter les éternels insatisfaits qui sont allés voir de l’autre côté
si l’herbe était plus verte. Franchement, on n’était pas bien là ? Maintenant y a des chaises
vides, c’est pas feng-shui.
Pour finir, sans bande son ces 3 années n’auraient pas été les mêmes, celles d’avant non plus du
reste. Merci, dans le désordre et de manière non exhaustive, à : Les Casseurs Flowteurs, Bruno
Mars, Pink Floyd, Chill Bump, Mindless Self Indulgence, The Arctic Monkeys, Chinese Man, Boby
Lapointe, Die Antwoord, Joan Jett, Maroon 5, Nine Inch Nails, Mozart…

Table of content
Introduction ................................................................................................................................................... 1
Context of the project ................................................................................................................................... 5
1 Relevance of the topic: importance of cardio-vascular diseases .......................................................... 7
2 Pathogenesis and pathophysiology of atherosclerosis ......................................................................... 8
2.1 Natural history of the pathology ................................................................................................... 9
2.2 Soluble factors ............................................................................................................................. 11
2.3 Cellular actors .............................................................................................................................. 14
2.4 Towards molecular markers ........................................................................................................ 18
References .............................................................................................................................................. 19
3 Atheroma imaging ............................................................................................................................... 23
3.1 Intravascular imaging .................................................................................................................. 23
3.1.1 X-ray angiography ................................................................................................................ 23
3.1.2 Intravascular ultrasound ..................................................................................................... 23
3.1.3 Optical coherence tomography ........................................................................................... 24
3.1.4 Hybrid intravascular imaging ............................................................................................... 24
3.2 Non-invasive imaging .................................................................................................................. 26
3.2.1 Ultrasound imaging ............................................................................................................. 27
3.2.2 Near infrared fluorescence imaging .................................................................................... 27
3.2.3 Nuclear imaging ................................................................................................................... 27
3.2.4 Magnetic resonance imaging .............................................................................................. 31
References ............................................................................................................................................... 42
4 Monoclonal antibodies ........................................................................................................................ 49
4.1 Origin of immunoglobulins .......................................................................................................... 50
4.2 Structure ...................................................................................................................................... 52
4.3 Methods for mAbs generation .................................................................................................... 54
4.3.1 The hybridoma method ....................................................................................................... 54
4.3.2 Phage display technology .................................................................................................... 55
4.3.3 Transgenic mice ................................................................................................................... 58
4.3.4 Conclusion ........................................................................................................................... 59
4.4 Antibody formats and production systems ................................................................................. 60
4.4.1 Engineering .......................................................................................................................... 61
4.4.2 Antibody formats ................................................................................................................. 62
4.4.3 Production systems ............................................................................................................. 64
References ............................................................................................................................................... 69
Research project .......................................................................................................................................... 79
Foreword ..................................................................................................................................................... 81
5 Design of the project ........................................................................................................................... 81
5.1 Uncovering and targeting molecular markers ............................................................................. 81
5.1.1 Phage display selection ....................................................................................................... 81
5.2 Expression of selected fragments ............................................................................................... 83
6 “Classical” probe-antibody conjugation .............................................................................................. 85
6.1 Thiol – maleimide ........................................................................................................................ 85
6.1.1 Principle ............................................................................................................................... 85
6.1.2 Material and methods ......................................................................................................... 85
6.1.3 Results ................................................................................................................................. 87
6.2 Fluorescent labelling ................................................................................................................... 88
6.2.1 Principle ............................................................................................................................... 89
6.2.2 Material and methods ......................................................................................................... 89
6.2.3 Results ................................................................................................................................. 91
7 Site specific conjugation ...................................................................................................................... 93
7.1 Cysteine – maleimide .................................................................................................................. 93
7.1.1 Principle ............................................................................................................................... 93
7.1.2 Method ................................................................................................................................ 93
7.1.3 Results ................................................................................................................................. 99
7.2 Sortase ....................................................................................................................................... 101
7.2.1 Principle ............................................................................................................................. 101
7.2.2 Method .............................................................................................................................. 102
7.2.3 Results ............................................................................................................................... 106
References ............................................................................................................................................. 111
8 Imaging .............................................................................................................................................. 113
8.1 Targeted Magnetic Resonance Imaging .................................................................................... 113
8.1.1 Introduction interest of study ........................................................................................... 113
8.1.2 Material and methods ....................................................................................................... 113
8.1.3 Results ............................................................................................................................... 114
8.1.4 Discussion .......................................................................................................................... 116