Synthesis and characterization of ferrous magnetogenic probes for molecular MRI

Ce travail de recherche vise à mettre au point la première gamme de sondes magnétogéniques à base de Fer(II) répondant à un analyte biochimique. L’objectif est de créer les premières sondes résolument silencieuses en IRM qui ne génèrent un signal qu’après leur rencontre avec l’analyte, une caractéristique hautement désirable dans le domaine de l’IRM moléculaire. Au cours d’un travail doctoral précédent, une paire de complexes ferreux modèles, hydrosolubles et chargés positivement, a été identifiée et a permis de valider l’idée de ce concept OFF-ON in vitro. Dans un premier temps nous avons démontré qu’un tel concept pouvait être également validé in vivo chez la souris. Ceci a nécessité le développement de stratégies de synthèse organique inédites et notamment la mise au point de synthons tétrazolyleméthyle protégés. Une telle méthodologie a notamment démontré son efficacité dans la synthèse du premier analogue totalement azoté de l’EDTA. Par la suite nous avons démontré qu’il était possible sous certaines conditions, non physiologiques, de réaliser les exigences du concept de magnétogénèse. En particulier nous avons démontré que des unités amidines peuvent être modifiées, en ayant recours à des concepts de type prodrogue, et utilisées pour éteindre et allumer le spin électronique du Fer(II) après rencontre avec l’analyte. Enfin nous avons également démontré au cours de ce travail, avec une seconde stratégie, que le concept de magnétogénèse était possible dans des conditions physiologiques et constantes et avons construit un modèle biologique afin d’évaluer une molécule candidate prometteuse in cellulo.This PhD project aims to develop the first line of Iron(II) based magnetogenic probes that respond to bio-chemical analytes. It sets out to address one of the main limitations of responsive probes by rendering the initial probe completely MRI silent. During the previous investigations of the Bio-organic chemistry group, a duo of Iron(II) low spin-high spin parent complexes has been identified as the basis for a magnetogenic design. In the current work we have validated this OFF-ON approach, in vivo, by ensuring the electroneutrality of the final contrast agent. Such a feature required the development of protected synthons for the convergent introduction of tetrazolylmethyl chelating motifs. And such a synthetic methodology was also applied for the synthesis of the first full nitrogen analog of EDTA. In a second part of this work, a first magnetogenic concept was explored exploiting amidine moieties to silence or awaken the electronic spin of ferrous complexes. We demonstrated that this magnetogenic concept was valid, after a short chemical stimulation, though at the expense of harsh acidic conditions to trigger the paramagnetism of the final complex. Finally we successfully explored a second magnetogenic concept operating in physiological conditions and responding to bio-chemical stimulations.We then evaluated the most promising candidate in cellulo by developing a biological model expressing the nitroreductase enzyme