Quantitative and Multiplexed Protein Detection Using Plasmonic Nanoparticles: From Bioconjugation to Hyperspectral Detection

La quantification précise de l’expression des protéines dans les biopsies tissulaires est essentielle pour déterminer l’éligibilité des patients aux thérapies ciblées en oncologie moderne. Les thérapies ciblées offrent des avantages significatifs par rapport à la chimiothérapie traditionnelle en s’attaquant spécifiquement aux mécanismes moléculaires permettant la progression du cancer, améliorant ainsi la santé mais aussi la qualité de vie des patients. Cependant, l’hétérogénéité du cancer pose des défis, car seuls des profils moléculaires spécifiques des tumeurs répondent aux traitements ciblés. Par exemple, dans le cancer du sein, bien que la présence du récepteur du facteur de croissance épidermique humain 2 (Her2) soit cor-rélée à la réponse au Trastuzumab, seules les tumeurs présentant une forte expression de Her2 répondent au traitement. L’évaluation clinique actuelle de l’expression de Her2 par immunohistochimie est semi-quantitative, nécessitant des tests supplémentaires pour les cas équivoques et ne parvenant pas à identifier les patients avec une faible expression de Her2 qui pourraient bénéficier de nouvelles thérapies. De plus, le manque de multiplexage dans la détection de protéines représente une autre piste d’amélioration pour les tests. En effet, dans certains cas, la capacité à détecter plusieurs types de protéines dans une même biopsie permet d’augmenter la fiabilité du diagnostic quant à l’éligibilité des patients aux thérapies ciblée. C’est notamment le cas pour le Pembrolizumab prescrit à certains patients atteints du cancer du poumon "à cellules non petites" (non-small cells lung cancer). Malgré l’apparition d’alternative intéressantes en recherche, comme l’immunofluorescence ou la spectrométrie de masse, des défis persistent dans l’évaluation précise de l’expression des protéines en clinique. Pour surmonter ces défis, on propose l’utilisation de nanoparticules plasmoniques avec des signatures spectrales distinctes comme amplificateurs de signal, permettant un diagnostic multiplexé et quantitatif par comptage individuel des nanoparticules, selon un protocole dit "marquage immunoplasmonic". Cette thèse vise à établir une méthodologie robuste utilisant un panel de nanoparticules plasmoniques soigneusement sélectionnées pour une quantification précise des protéines et une détection multiplexée dans des échantillons biologiques. On démontre l’utilisation de NPs en alliage or-argent, de NPs d’or sphériques et de nanorods d’or pour une visualisation optimale. On montre également que la méthode proposée s’intègre parfaitement dans les routines de travail de la pathologie clinique, en pouvant s’effectuer sur des échantillons de biopsie typiques et permettant une visualisation directe du marquage par les pathologistes. Les principaux objectifs incluent le couplage nanoparticule-anticorps, le raffinement de la détection optique des nano-rapporteurs et l’intégration des techniques proposées dans des environnements cliniques.