L'oxyde nitrique (NO) est l'une des molécules de signalisation les plus importantes dans les cellules vivantes, transportant des messages dans le cerveau et coordonnant les fonctions du système immunitaire. Dans de nombreuses cellules cancéreuses, les niveaux sont perturbés, mais on sait très peu de choses sur le comportement du NO dans les cellules saines et cancéreuses.

"L'oxyde nitrique a des rôles contradictoires dans la progression du cancer, et nous avons besoin de nouveaux outils pour mieux le comprendre, " dit Michael Strano, le professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique au MIT. "Notre travail fournit un nouvel outil pour mesurer cette molécule importante, et potentiellement d'autres, dans le corps lui-même et en temps réel."

Dirigé par la postdoctorante Nicole Iverson, Le laboratoire de Strano a construit un capteur qui peut surveiller le NO dans les animaux vivants pendant plus d'un an. Les capteurs, décrit dans le numéro du 3 novembre de Nature Nanotechnologie , peut être implanté sous la peau et utilisé pour surveiller l'inflammation, un processus qui produit du NO. Il s'agit de la première démonstration que les nanocapteurs pourraient être utilisés dans le corps pendant cette période de temps prolongée.

De tels capteurs, en nanotubes de carbone, pourrait également être adapté pour détecter d'autres molécules, y compris le glucose. L'équipe de Strano travaille désormais sur des capteurs qui pourraient être implantés sous la peau des patients diabétiques pour surveiller leur taux de glucose ou d'insuline, éliminant le besoin de prélever des échantillons de sang.

Capteurs à court et long terme

Nanotubes de carbone—creux, cylindres d'un nanomètre d'épaisseur en carbone pur - ont suscité un grand intérêt en tant que capteurs. Le laboratoire de Strano a récemment développé des capteurs à nanotubes de carbone pour une variété de molécules, y compris le peroxyde d'hydrogène et des agents toxiques tels que le gaz neurotoxique sarin. De tels capteurs profitent de la fluorescence naturelle des nanotubes de carbone, en les couplant à une molécule qui se lie à une cible spécifique. Lorsque la cible est liée, la fluorescence des tubes s'éclaircit ou s'atténue.

Le laboratoire de Strano a déjà montré que les nanotubes de carbone peuvent détecter le NO si les tubes sont enveloppés dans de l'ADN avec une séquence particulière. Dans le nouveau journal, les chercheurs ont modifié les nanotubes pour créer deux types de capteurs différents :un qui peut être injecté dans la circulation sanguine pour une surveillance à court terme, et un autre qui est intégré dans un gel afin qu'il puisse être implanté à long terme sous la peau.

Pour rendre les particules injectables, Iverson attaché PEG, un polymère biocompatible qui inhibe l'agglutination des particules dans la circulation sanguine. Elle a découvert que lorsqu'il est injecté à des souris, les particules peuvent traverser les poumons et le cœur sans causer de dommages. La plupart des particules s'accumulent dans le foie, où ils peuvent être utilisés pour surveiller le NO associé à l'inflammation.

"Jusqu'à présent, nous n'avons regardé que le foie, mais nous voyons qu'il reste dans la circulation sanguine et va aux reins. Potentiellement, nous pourrions étudier toutes les différentes zones du corps avec cette nanoparticule injectable, " dit Iverson.

Le capteur à plus long terme est constitué de nanotubes noyés dans un gel à base d'alginate, un polymère trouvé dans les algues. Une fois ce gel implanté sous la peau des souris, il reste en place et reste fonctionnel pendant 400 jours; les chercheurs pensent que cela pourrait durer encore plus longtemps. Ce type de capteur pourrait être utilisé pour surveiller le cancer ou d'autres maladies inflammatoires, ou pour détecter des réactions immunitaires chez les patients porteurs de hanches artificielles ou d'autres dispositifs implantés, selon les chercheurs.

Une fois les capteurs dans le corps, les chercheurs braquent sur eux un laser proche infrarouge, produisant un signal fluorescent proche infrarouge qui peut être lu à l'aide d'un instrument capable de faire la différence entre les nanotubes et les autres fluorescences de fond.

Surveillance de la glycémie

Iverson travaille maintenant sur l'adaptation de la technologie pour détecter le glucose, en enroulant différents types de molécules autour des nanotubes.

La plupart des patients diabétiques doivent se piquer les doigts plusieurs fois par jour pour mesurer leur glycémie. Bien qu'il existe des capteurs de glucose électrochimiques qui peuvent être fixés à la peau, ces capteurs ne durent qu'une semaine au maximum, et il y a un risque d'infection parce que l'électrode perce la peau.

Par ailleurs, Strano dit, la technologie des capteurs électrochimiques n'est pas assez précise pour être intégrée au type de système de surveillance en boucle fermée vers lequel les scientifiques travaillent actuellement. Ce type de système consisterait en un capteur qui offre une surveillance de la glycémie en temps réel, connecté à une pompe à insuline qui fournirait de l'insuline en cas de besoin, sans besoin de piqûre au doigt ou d'injection d'insuline par le patient.

"La pensée actuelle est que chaque partie du système en boucle fermée est en place à l'exception d'un capteur précis et stable. Il existe une opportunité considérable d'améliorer les appareils qui sont maintenant sur le marché afin qu'un système complet puisse être réalisé, " dit Strano.