Visualiser sans marquage des nanoparticules au coeur des cellules

Publié par Adrien le 08/02/2019 à 08:00
Source: CNRS INP
En combinant spectrophotométrie infrarouge et microscopie à force atomique, des chercheurs ont pu détecter avec une haute résolution des particules inférieures à 200 nanomètres dans des cellules du système immunitaire.

Les nanoparticules à base de polymères biocompatibles sont largement utilisées pour incorporer efficacement des médicaments. Elles permettent de les protéger des dégradations et de les libérer de manière contrôlée, au niveau d'un tissu ou d'un organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction...) malade. Pour cela, la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de ces particules submicroniques est décorée avec des molécules spécifiques. Celles-ci permettent de guider les nanoparticules et le médicament (Un médicament est une substance ou une composition présentée comme possédant...) qu'elles contiennent vers leurs cibles biologiques.


Une cellule est observée par AFMIR, technique couplant la microscopie de forces atomique à la spectroscopie infrarouge (La spectroscopie infrarouge (parfois désignée comme spectroscopie IR) est une classe de...). Cela permet de détecter à l'intérieur de la cellule, avec une excellente précision (résolution de 10 nanomètres) des nanoparticules en polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...) biodégradable. Pour cela, une vibration spécifique du polymère est sollicitée permettant de l'identifier sans avoir recours à des marqueurs ou contrastants. © ISMO (CNRS/Université Paris-Sud)

La conception de ces vecteurs nécessite une compréhension approfondie de leur interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec le milieu vivant. Or, la détection des particules de moins de 200 nanomètres dans des cellules ou tissus nécessite généralement le marquage de leurs constituants avec des molécules fluorescentes. Le greffage de ces molécules est non seulement fastidieux et complexe, mais il peut aussi modifier de manière significative les propriétés des objets à étudier, amenant à des conclusions erronées. A ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), aucune technique ne permet de détecter avec précision une particule submicronique dans une cellule, sans marquage, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en sondant sa composition chimique.

Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des sciences moléculaires d'Orsay (ISMO, CNRS/Univ. Paris-Sud) et du Laboratoire de chimie physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des...) (LCP, CNRS/Univ. Paris-Sud) ont relevé le défi en utilisant une technique innovante couplant la microscopie à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) atomique à la spectroscopie infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) (IR). Appelée AFMIR, cette instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) au sein du LCP a permis de détecter des particules d'environ 170 nanomètres dans des cellules avec une excellente précision (résolution de 10 nanomètres) en se basant sur la signature infrarouge du constituant majoritaire des particules, l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) polylactique (PLA). Ce polymère biocompatible possède une fonction ester qui lui confère une réponse infrarouge spécifique et le différencie du reste des constituants cellulaires. Ainsi, lorsque l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de la cellule est illuminé avec un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) infrarouge dont la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) est réglée de façon à stimuler la réponse du PLA, l'AFMIR est capable de détecter la réponse des particules incluses dans le cytoplasme (Le cytoplasme désigne le contenu d'une cellule vivante. Plus exactement, il s'agit de la...).

La détection de la réponse infrarouge des particules est basée sur l'effet photo-thermique: lorsque qu'un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) est soumis à un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) dans la gamme spectrale du moyen IR, les vibrations moléculaires des fonctions chimiques des molécules le composant sont sollicitées. Une partie du rayonnement IR va donc être absorbée, entrainant une légère augmentation de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) au sein de l'échantillon. S'en suit une rapide dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement,...) de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) absorbant, qui sera détectée par le microscope à force atomique (Le microscope à force atomique (ou AFM pour atomic force microscope) est un dérivé du microscope...). Dans le cas des particules de cette étude, il s'agira (Agira est une commune italienne de la province d'Enna dans la région Sicile en Italie.) de solliciter la vibration de la double liaison carbone-oxygène de la fonction ester. Sur ce principe, il est donc possible de localiser et de déterminer la composition chimique de chaque nanoparticule, sans marquage et sans la dégrader.

Ces travaux ouvrent la voie à la détection précise de vecteurs de médicaments dans des milieux complexes. Grace à cette méthodologie, il devrait être possible d'obtenir des informations essentielles sur la dégradation des particules au sein des cellules et le devenir du médicament qu'elles contiennent.
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