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Des capteurs à nanotubes pour analyser la chimie d'une tumeur

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En changeant de couleur, un capteur microscopique fait de nanotubes de carbone garni d'ADN peut mettre en évidence des quantités minuscules de molécules variées, y compris à l'intérieur d'une cellule vivante. De quoi, par exemple, faire des tests rapides et précis pour suivre un produit chimique, toxine ou médicament, dans une tumeur. C'est ce que vient de démontrer une équipe américaine.

Les capteurs à nanotubes de carbone émettent une lumière dans le proche infrarouge (ici en vert) depuis l'intérieur de fibroblastes de souris (en rouge) © Dan Heller / MIT

Sa taille est si petite qu'il peut pénétrer à l'intérieur d'une cellule vivante. Ce capteur n'est en effet qu'un nanotube de carbone à paroi simple (constituée d'une seule couche monoatomique) sur lequel est fixé un brin d'ADN. Eclairé avec une lumière dans le proche infrarouge, cet assemblage réémet par fluorescence  un rayonnement lumineux, également dans le proche infrarouge. Le principe est celui, classique, des marqueurs fluorescents mais ce nanotube fait nettement mieux. C'est ce qu'affirment et démontrent Michael Strano et son équipe (Department of Chemical EngineeringMassachusetts Institute of Technology).

Ces chercheurs explorent l'utilisation de nanotubes de carbone, par exemple pour détecter des polluants, dans un gaz ou un liquide, une possibilité maintenant bien connue. L'adsorption de la molécule peut être repérée par une modification des propriétés électriques des nanotubes.

Leur dernière étude porte sur l'analyse de produits capables d'affecter l'ADN, comme des toxines ou des médicaments utilisés contre les tumeurs. Cette fois, l'adsorption de molécules sur l'ADN du nanotube est mise en évidence par un changement des propriétés optiques. Selon la nature de la molécule liée, la longueur d'onde de la lumière réémise sera différente et une identification est donc possible. Un même assemblage peut repérer ainsi plusieurs molécules, ce que ne peuvent faire les biomarqueurs classiques. Dans l'expérience relatée dans la revue Nature Nanotechnology, deux assemblages différents ont été réalisés et ont permis de détecter quatre molécules simultanément. Mais on peut faire bien affirment les chercheurs.

Les nanotubes de carbone signalent leur présence à l'intérieur de cellules de souris par une émission lumineuse. © Dan Heller / MIT

Détection très sensible

La lumière étant réémise dans l'infrarouge, elle peut se distinguer facilement et traverse mieux les tissus biologiques que la lumière visible. Pour leur expérience, les chercheurs ont utilisé des cellules de souris en culture. Les nanotubes ont pénétré à l'intérieur et la fluorescence IR a permis d'identifier sans ambiguïté les quatre composés testés, tous toxiques pour le génome. L'un d'entre eux était le peroxyde d'hydrogène, (H2O2), c'est-à-dire l'eau oxygénée, donc une molécule de très petite taille. Les molécules adsorbées sont fortement liées et la fluorescence IR paraît stable alors qu'elle disparaît progressivement avec les biomarqueurs classiques.

La sensibilité, surtout, semble bien meilleure que celle des techniques habituelles. Elle devrait permettre d'étudier des mécanismes chimiques fins jusqu'à l'intérieur des cellules qui échappent encore aux méthodes actuelles quand les quantités de molécules impliquées sont trop faibles.

Mais les applications pourraient aussi intéresser la médecine. Cette technique pourrait être utilisée sur des tissus afin, par exemple, de suivre des réactions biochimiques à l'œuvre dans les cellules d'une tumeur. On peut même envisager de mesurer de cette manière l'effet d'une chimiothérapie et donc de la moduler plus précisément.

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