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Illustration: CNRS
En fonctionnalisant des nanomatériaux à base de carbone avec des sondes fluorescentes, des scientifiques de l'Institut de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS), en collaboration avec une équipe japonaise (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), ont développé un nouveau complexe moléculaire appelé nanomodulateur qui peut être utilisé pour l'analyse de cellules isolées ou dans des thérapies cellulaires innovantes. Ces résultats font l'objet d'une communication dans le journal Angewandte Chemie International Edition.
Figure. Illustration schématique de la production de chaleur et des dérivés réactives de l'oxygène par le nanomodulateur sous irradiation proche infrarouge, sur des cellules qui ont internalisé le nanomadulateur et qui voient augmenter leur flux de calcium (cellules cyan) sous irradiation.
L'activité de recherche de l'Equipe "Nanomatériaux organique et vectorisation" est centrée sur la conception de nouvelles stratégies de vectorisation de molécules d'intérêt thérapeutique et de nouveaux outils pour l'imagerie et le diagnostic. Les objectifs de recherche visent à concevoir et synthétiser des nanomatériaux à base de carbone (nanotubes de carbone, graphène et adamantane), fonctionnalisés avec des molécules d'intérêt thérapeutiques telles que des peptides bioactifs, des acides nucléiques, des petites molécules-médicaments, des sondes fluorescentes ou des nanoparticules magnétiques.
Les chercheurs viennent de montrer que les nanocornets, une forme de nanotubes de carbone, couplés à une sonde fluorescente peuvent générer de la chaleur ainsi que des dérivés réactives de l'oxygène lorsqu'ils sont irradiés par un laser proche infrarouge, fenêtre spectrale dans laquelle les cellules et les tissus vivants sont transparents. Grâce à cette propriété, ces nanomodulateurs peuvent contrôler certaines fonctions cellulaires comme, par exemple, augmenter le flux intracellulaire d'ions calcium ou les courants membranaires dans les cellules vivantes. De plus, ils permettent une bioexcitation à distance des tissus lors de l'exposition au laser proche infrarouge.
Les chercheurs ont initialement optimisé la réaction de la fonctionnalisation chimique des nanocornets avec la sonde fluorescente, créant ainsi un nouveau nanomodulateur pouvant être activé avec un laser. Ils ont montré que ces nanocornets fonctionnalisés chauffaient plus rapidement que les nanocornets en absence de sonde fluorescente grâce à un transfert d'énergie et/ou un transfert d'électrons entre le nanocornet et la sonde fluorescente greffée (voir figure). De plus, l'irradiation génère des espèces réactives de l'oxygène et confère au nanomadulateur la capacité de contrôler un certain nombre de fonctions cellulaires.
Il est maintenant possible d'envisager pour ce nanomodulateur de nombreuses applications potentielles dans différents domaines de la biologie: analyses des processus de signalisation cellulaire au niveau d'une cellule isolée, développement de thérapies cellulaires uniques pour les maladies cérébrales, pour le diabète, pour l'ingénierie tissulaire, et création de dispositifs photobioniques contrôlés à distance.
Référence:
Eijiro Miyako, Julie Russier, Matteo Mauro, Cristina Cebrian, Hiromu Yawo, Cécilia Ménard- Moyon, James A. Hutchison, Masako Yudasaka, Sumio Iijima, Luisa De Cola, and Alberto Bianco - Photofunctional nanomodulators for bioexcitation Angewandte Chemie International Edition 25 octobre 2014.