Influence of the mechanical and geometrical properties of nanoparticles on their uptake by cancer cells

Des différences de propriétés mé- caniques entre les cellules saines et les cel- lules cancéreuses ont été récemment obser- vées. Les performances des nanoparticules (NP), couramment utilisées pour délivrer des agents anticancéreux, pourraient donc être améliorées en prenant ce facteur en compte. L’objectif de cette thèse est d’identifier l’in- fluence des propriétés mécaniques et géomé- triques de la NP et de la membrane cellulaire sur l’absorption cellulaire des NPs. Pour cela, un modèle, basé sur une approche énergé- tique de l’ingestion cellulaire des NPs, a été utilisé et enrichi en tenant compte de l’adap- tation mécanique de la membrane lors de l’enveloppement des NP. Cette nouvelle fonc- tionnalité permet d’affiner les prédictions du modèle et de différencier les cellules saines et cancéreuses par la manière dont elles s’adaptent mécaniquement à leur enveloppe- ment. Des analyses de sensibilité, conduites à partir de métamodèles, ont donc été menées, afin de quantifier l’influence des paramètres introduits, montrant que le rapport de forme de la NP et le délai d’adaptation mécanique ont le plus d’influence. Enfin, le modèle a été appliqué à un type de cancer spécifique, pour lequel les propriétés mécaniques du modèle ont été déterminées suite à une étude de la bibliographie.Differences in mechanical proper- ties between healthy and cancerous cells have been recently observed. The performance of nanoparticles (NPs), commonly used to de- liver anticancer agents, could therefore be im- proved by taking this factor into account. The objective of this thesis is to identify the influ- ence of the mechanical and geometrical prop- erties of the NP and the cell membrane on the cellular uptake of NPs. For this purpose, an energetic model of NPs cellular ingestion has been used and enriched by taking into account the mechanical adaptation of the membrane during the NPs wrapping. This new feature al- lows to refine the model predictions and to dif- ferentiate between healthy and cancer cells by the way they mechanically adapt to their wrap- ping. Sensitivity analyses, conducted from metamodels, were therefore carried out, in or- der to quantify the influence of the introduced parameters, showing that the aspect ratio of the NP and the mechanical adaptation delay have the most influence. Finally, the model was applied to a specific type of cancer, for which the mechanical properties of the model were determined as a result of a literature re- view