En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez le dépôt de cookies dans votre navigateur. (En savoir plus)

Doctorant (H/F) en imagerie médicale et radioactivité

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 23 mai 2022

Assurez-vous que votre profil candidat soit correctement renseigné avant de postuler. Les informations de votre profil complètent celles associées à chaque candidature. Afin d’augmenter votre visibilité sur notre Portail Emploi et ainsi permettre aux recruteurs de consulter votre profil candidat, vous avez la possibilité de déposer votre CV dans notre CVThèque en un clic !

Informations générales

Référence : UMR9012-ALEHEN-027
Lieu de travail : ORSAY
Date de publication : lundi 2 mai 2022
Nom du responsable scientifique : Charles-Olivier BACRI
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les besoins en nouveaux radionucléides médicaux ne cessent d'augmenter à mesure que la personnalisation des traitements se généralise. La diversité de leur mode de décroissance ainsi que la variété de leur période radioactive en font des outils précieux à la fois pour l'imagerie médicale et pour la thérapie. Un critère important pour leur développement est la possibilité de les produire en quantité suffisante avec une grande pureté chimique (optimisation de la chimie de chélation et de vectorisation de l'isotope vers les organes cible) et isotopique (minimisation des radiations inutiles émises par le radio-pharmaceutique). L'objectif de la thèse est de proposer une méthode alternative, basée sur la séparation isotopique de précurseur stable du radionucléide recherché, le Tb-155, en vue de sa production.
Plusieurs expériences seront réalisées afin de déterminer les paramètres optimaux pour cette production.
Le travail sera mené au sein d'une collaboration qui explore l'ensemble du processus de production, depuis le précurseur stable du radionucléide, jusqu'à la conception de la molécule radio-marquée au Tb-155.

Présentation détaillée du projet de recherche (+aspect coopératif)
Les besoins en nouveaux radionucléides médicaux ne cessent d'augmenter à mesure que la personnalisation des traitements se généralise. La diversité de leur mode de décroissance ainsi que la variété de leur période radioactive en font des outils précieux à la fois pour l'imagerie médicale et pour la thérapie. Un critère important pour leur développement est la possibilité de les produire en quantité suffisante avec une grande pureté chimique (optimisation de la chimie de chélation et de vectorisation de l'isotope vers les organes cible) et isotopique (minimisation des radiations inutiles émises par le radio-pharmaceutique).

Ce sujet s'intègre dans le projet PRISM (Production d'Isotopes et Séparation pour le Médical) coordonné par le laboratoire IJCLab d'Orsay en collaboration avec des laboratoires de Nantes (SUBATECH et ARRONAX) et de Caen (GANIL). Il vise à proposer une méthode de production pour les radionucléides que l'on ne sait pas produire aujourd'hui dans des conditions compatibles avec leur utilisation en milieu médical. Dans ce cadre, l'ANR TTRIP (Tools for Tb RadioIsotope Production for nuclear medicine) qui vient d'être acceptée et qui financera cette thèse a permis d'élargir la collaboration à deux autres laboratoires situés à Dijon (ICMUB) et Strasbourg (IC-UNISTRA) afin de mettre au point un nouveau chélateur bi-fonctionnel (sorte de cage permettant de retenir le radio-isotope dans la molécule vectrice qui le guidera avec les organes cibles) compatible avec un vecteur biologique. La collaboration au sein de laquelle la thèse sera effectuée est multidisciplinaire, constituée de physiciens nucléaires, d'un métrologue, de chimistes organiques et de coordination, de spécialistes dans la production d'isotopes pour le médical, en sciences des matériaux, et en imagerie médicale. La thèse sera réalisée dans le pôle Physique-Santé d'IJCLab.

La thèse se focalisera sur la production du Tb-155 qui appartient au quadruplet théranostique (contraction de thérapie et de diagnostic) du Terbium. Ce quadruplet est particulièrement intéressant puisqu'il possède à la fois des isotopes à intérêt diagnostic (Tb-152 pour l'imagerie TEP et Tb-155 pour l'imagerie SPECT) et d'autres à intérêt thérapeutique (Tb-149 pour la thérapie alpha, et Tb-161 pour la thérapie beta). Leur chimie identique leur confère des propriétés bio- et pharmaco-cinétiques identiques, permettant ainsi de mieux personnaliser les traitements.
La méthode de production proposée par la collaboration consiste à utiliser un isotope précurseur stable de grande pureté isotopique, le Gd-155, pour fabriquer le Tb-155 grâce à la réaction Gd-155(p,n)Tb-155. La minimisation des réactions parasites sur les autres isotopes du Gadolinium (le Gd naturel est généralement utilisé) permettra ainsi de simplifier au maximum la phase nécessaire de purification du Tb produit.
Nous tirerons profit de l'utilisation du séparateur isotopique de grande performance SIDONIE pour, à partir du Gd naturel, séparer avec une grande pureté le Gd-155. Plusieurs cibles seront réalisées par implantation, avec SIDONIE, puis caractérisées : leur pureté chimique par les techniques PIXE, RBS et MEB/EDX, leur homogénéité par RBS et microscopie confocale, et leur pureté isotopique, grâce à différentes techniques, dont l'activation protonique. La mesure de la fonction d'excitation de la réaction Gd-155(p,n)Tb-155 (section efficace en fonction de l'énergie incidente des protons) sera ensuite réalisée sur le cyclotron ARRONAX afin de déterminer l'énergie optimale du faisceau de protons. Cette énergie sera un compromis entre la quantité de Tb-155 produit (section efficace maximale) et sa pureté (minimisation des contaminants). Une étude paramétrique complètera cette étude, afin de déterminer les paramètres optimaux de l'ensemble du processus de production.
La pureté minimale nécessaire du Gd-155 sera déterminée grâce à la comparaison des résultats obtenus avec SIDONIE (pureté attendue de l'ordre de 10E-5) et des cibles de Gd-155 enrichi à 90% (avec différentes techniques utilisant de la matière première achetée dans le commerce). Il s'agira là aussi de trouver le meilleur compromis entre la pureté isotopique du Gd-155 (temps de séparation nécessaire avec SIDONIE), et le taux de contamination du Tb 155 produit (pureté isotopique et chimique), ainsi qu'un compromis entre les épaisseurs de cibles produites (grand nombre d'atomes de Gd-155 pour maximiser la production de Tb-155) et les contraintes liées aux intensités des faisceaux d'ARRONAX (intensité maximale et puissance thermique déposée sur la cible). Une méthode de production optimisée sera ainsi proposée.

Dans un premier temps des cibles seront fabriquées à partir de Gd-155 du commerce par différents laboratoires de la collaboration (dont IJCLab) avec différentes techniques. Un volet de la thèse consistera donc à mettre au point une méthode reproductible de fabrication de cibles, de leur caractérisation et de leur analyse après irradiation. Ce travail sera effectué en collaboration avec les laboratoires partenaires du projet et avec l'aide des chimistes d'IJCLab. Des cibles seront aussi fabriquées par implantation avec le séparateur SIDONIE.
Une phase de caractérisation des cibles produites (pureté chimique, isotopique et homogénéité) sera ensuite réalisée, principalement à Orsay. La technique d'activation protonique sera mise en œuvre sur le tandem de l'installation ALTO d'IJCLab et/ou au GANIL NFS (Neutrons For Science; faisceau de protons disponible sur l'installation) pour mesurer la pureté isotopique.

Dans un second temps, les cibles fabriquées à IJCLab avec différentes techniques (avec du Gd 155 du commerce et avec du Gd-155 séparé avec SIDONIE) et celles fabriquées par les partenaires du projet seront ensuite irradiées avec le cyclotron d'ARRONAX (Nantes) à différentes énergies afin de produire le Tb-155. L'analyse des données permettra d'une part de déterminer la fonction d'excitation de la réaction Gd-155(p,n)Tb-155 et un soin particulier sera dédié à l'évaluation de barres d'erreurs précises. Les expériences d'activation protonique permettront enfin de comparer la pureté isotopique du Tb-155 produit en fonction des cibles utilisées et ainsi d'optimiser sa production.

Conditions scientifiques matérielles et financières du projet de recherche
L'étudiant sera amené à travailler en zone contrôlée (expériences sur le tandem d'Alto à Orsay, sur le cyclotron ARRONAX à Nantes et potentiellement au GANIL-NFS, à Caen. A ce titre, il sera susceptible de manipuler des sources radioactives.
Le financement de la thèse est assuré par l'ANR TTRIP obtenue en juillet 2021.

Objectif de valorisation des travaux de recherche du doctorant
Mémoire de thèse, présentation des résultats devant la collaboration, participation à au moins une conférence, rédaction d'un article dans une revue scientifique avec comité de lecture.

Références bibliographiques
- N. Chauvin, F. Dayras, D. Le Du, R. Meunier; SIDONIE: an electromagnetic isotope separator for preparation of high purity thin targets; Nucl. Instr. Meth. A 2004, 521, 149 155
- C.-O. Bacri, et al.; SCALP, a platform dedicated to material modifications and characterization under ion beam; Nucl. Instr. Meth. B 2017, 406, 48–52
- F. Haddad, ..., A. Guertin, ..., N. Michel, et al.; ARRONAX, a high-energy and high-intensity cyclotron for nuclear medicine; Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging 2008, 35, 1377–1387
- U. Köster, ..., C.-O. Bacri, et al.; Electromagnetic isotope separation of gadolinium isotopes for the production of 152,155Tb for radiopharmaceutical applications; Nucl. Inst. Meth. B 2020, 463, 111–114
- C. Müller, et al.; Future prospects for SPECT imaging using radiolanthanide terbium-155 – production and preclinical evaluation in tumor-bearing mice; Nucl. Med. Biol. 2014, 41, e58e65
- C.Duchemin ; Étude de voies alternatives pour la production de radionucléides innovants pour les applications médicales. Soutenue en 2015 à Subatech (Nantes).
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01220522

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie est un laboratoire sous tutelle du CNRS, de l'université Paris-Saclay et de l'université de Paris-Cité, né en 2020 de la fusion des cinq UMR situées sur le campus universitaire d'Orsay : le Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (CSNSM), le laboratoire d'Imagerie et modélisation en neurobiologie et cancérologie (IMNC), l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO), le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) et le Laboratoire de physique théorique (LPT).
Les thèmes de recherche du laboratoire sont la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, les astroparticules et la cosmologie, la physique théorique, les accélérateurs et les détecteurs de particules ainsi que les recherches et développements techniques et applications associées pour l'énergie, la santé et l'environnement.
La structure dispose de capacités techniques très importantes (environ 280 ingénieurs et techniciens) dans tous les grands domaines requis pour concevoir, mettre au point et en œuvre les dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique : mécanique, électronique, informatique, instrumentation, techniques d'accélération et des techniques de la biologie. Ces forces techniques représentent un atout de premier plan pour la conception, le développement et l'utilisation des instruments nécessaires (accélérateurs et détecteurs). La présence des infrastructures de recherche et des plateformes technologiques rassemblées sur le site du laboratoire constitue également un atout majeur. Enfin, environ 90 ITA (Ingénieurs, Techniciens Administratifs) des services administratifs et support travaillent aux côtés des scientifiques et ingénieurs.
La thèse sera rattachée à l'école doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation, spécialité imagerie médicale et radioactivité.
Elle se déroulera au sein du Pôle Physique Santé qui comprend une quinzaine de membres. Le directeur de la thèse est le coordinateur scientifique de TTRIP (Tools for Tb RadioIsotope Production for nuclear medicine) financé par l'ANR (Agence Nationale de la Recherche), et responsable scientifique du projet PRISM (Production d'Isotopes et Séparation pour le Médical). L'étudiant bénéficiera de l'expertise multidisciplinaire de la collaboration, constituée de physiciens nucléaires, d'un métrologue, de chimistes organiques et de coordination, de spécialistes dans la production d'isotopes pour le médical, en sciences des matériaux, et en imagerie médicale. Plusieurs expériences seront réalisées, sur l'installation ALTO (Accélérateur Linéaire et Tandem à Orsay) d'IJCLab, auprès du cyclotron ARRONAX (Accélérateur pour la Recherche en Radiochimie et Oncologie à Nantes Atlantique) à Nantes et peut-être à GANIL-NFS à Caen. Le travail de thèse faisant partie de l'ANR TTRIP, des réunions régulières de collaboration permettront de le situer le travail dans une perspective plus vaste et de présenter les résultats intermédiaires à la collaboration. Des réunions de suivi de thèse auront lieu régulièrement.

Contraintes et risques

Le Laboratoire IJCLab est classifié « Zone à Régime Restrictif ». A ce titre, le recrutement est conditionné par l'obtention d'un avis favorable du HFSD (haut fonctionnaire de défense et de sécurité). Une autorisation individuelle d'accès au laboratoire devra être délivrée par la direction du laboratoire après accord de l'Université. Un délai de 2 mois est à prévoir pour obtenir cette autorisation. En conséquence, la date de prise de fonction est précisée à titre indicatif et pourra être reportée.

Des déplacements à Nantes auprès du cyclotron ARRONAX sont à prévoir ainsi qu'à Caen auprès du GANIL.
L'étudiant(e) recruté(e) sera susceptible de manipuler des sources radioactives. Un suivi dosimétrique sera assuré.

Informations complémentaires

 Compétences attendues :
Physique nucléaire expérimentale (et théorique)
Analyse de données (programmation ; si possible en C ou C++)
Physico-chimie des matériaux (production/caractérisation des cibles)
 Compétences linguistiques :
Anglais lu-écrit-parlé. Niveau C1. Parler de manière compréhensible.
Lecture d'articles scientifiques

 Qualités à renforcer ou développer pendant le travail de thèse :
Qualité rédactionnelle
Aptitude à travailler en équipe
Autonomie, capacité organisationnelle et capacité à rendre compte, capacité à communiquer et à argumenter, analyse, synthèse et esprit critique, capacité à apprendre et à développer ses compétences, flexibilité et adaptabilité, créativité, prise d'initiatives, résilience).
Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un diplôme d'ingénieur et/ou d'un master en Physique. Le poste nécessite de solides connaissances principalement en physique nucléaire, et le ou la candidat(e) devra être intéressé(e) par les applications médicales. De bonnes aptitudes de communication orale et écrite en français et anglais sont nécessaires pour présenter aux congrès et rédiger des articles dans des revues scientifiques. Nous recherchons un jeune chercheur qui saura s'impliquer dans son projet, curieux, ayant une certaine autonomie et une forte motivation pour s'intégrer et travailler avec une collaboration pluridisciplinaire comportant des physiciens et des chimistes en interaction avec le monde médical. De nombreuses interactions auront aussi lieu avec l'équipe d'exploitation de la plateforme expérimentale qui exploite notre séparateur électromagnétique.

On en parle sur Twitter !