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La fluorescence proche infrarouge dévoile davantage les cellules

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Pour améliorer les observations réalisées grâce à la fluorescence, des chercheurs français sont parvenus à développer un marqueur émettant dans le proche infrarouge, sans être toxique pour les cellules observées. Les biologistes, et probablement aussi les cliniciens, voient ainsi naître un nouvel outil performant d'exploration du vivant en temps réel.

Dans le domaine du visible (image de gauche), les éléments de la cellule possèdent une fluorescence naturelle qui rend difficile la distinction avec le signal de fluorescence émis par un marqueur spécifique. L'autofluorescence étant moindre, voire inexistante dans le domaine du proche infrarouge, cela permet de distinguer et de localiser de façon non ambiguë le signal de fluorescence émis par un nouveau marqueur à base de lanthanides (image de droite). © Thomas Jullien, CBM

L'imagerie en fluorescence est une technique émergente dans le domaine des applications biomédicales : elle permet d'observer et de suivre une cible spécifique (constituants de la cellule, agent pathogène, principe actif, etc.), tant dans une cellule que dans un organisme entier, en temps réel et de manière non invasive. Pour ce faire, on utilise des marqueurs, des molécules fluorescentes qui vont cibler les parties que l'on souhaite voir et les mettre en avant lors de l'observation.

La limite à ces observations provient de la fluorescence naturelle des composants biologiques, qui vient parasiter le signal émis par les agents d'imagerie. Utiliser la lumière proche infrarouge permet de s'affranchir de ce phénomène. En effet, ce type de lumière interagit moins avec les composants des tissus, ce qui permet d'améliorer la qualité des images et d'augmenter la sensibilité de détection. Actuellement, il existe très peu de marqueurs fluorescents efficaces pour l'imagerie biologique dans le proche infrarouge. Les quelques agents commerciaux disponibles sont souvent très sensibles à la lumière et se dégradent très vite, provoquant la disparition de leur fluorescence (photoblanchiment) ou sont relativement toxiques.

Les molécules à base de lanthanides émettent un signal de fluorescence très faible dans le proche infrarouge, ce qui rend leur utilisation impossible pour l'imagerie. Le défi relevé ici par les chercheurs du Centre de biophysique moléculaire du CNRS à Orléans (CBM), en collaboration avec l'université de Pittsburgh (États-Unis), a été de développer un composé dont la structure permet de multiplier le nombre de lanthanides par unité de volume afin d'augmenter considérablement la sensibilité de détection.

Cellules « HeLa » (issues d’une lignée cancéreuse) ayant été incubées avec le nano-MOF-Yb-PVDC-3, un nouveau marqueur. L'imagerie proche infrarouge permet de localiser de façon plus précise le signal de fluorescence émis par ce nano-MOF (metal-organic framework) sans lumière parasite d'autofluorescence dans le visible. © CBM

Lanthanides luminescents compatibles avec la biologie

C'est grâce à des matériaux poreux appelés MOF (metal-organic frameworks) que les scientifiques du CBM dirigés par Stéphane Petoud, chercheur à l'Inserm, ont pu obtenir une fluorescence significative de ces produits dans le proche infrarouge. Il a été montré que ces composés à base de lanthanides luminescents ont une faible toxicité et ne se dégradent pas facilement dans l'eau, élément essentiel pour des applications en biologie. La stratégie développée a permis d'obtenir les premières images de microscopie avec des produits à base de lanthanides luminescents émettant dans le proche infrarouge dans des cellules vivantes.

Ce travail est le fruit d'une recherche multidisciplinaire à l'interface entre la chimie, la biologie et la physique. Les premiers résultats sont très prometteurs pour le développement d'agents d'imagerie efficaces dans le proche infrarouge et utilisables en recherche biologique et, à terme, en clinique. Ils viennent d'être présentés dans la revue Pnas.

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