La spectroscopie de fluorescence est indispensable dans le diagnostic biomédical. On peut penser à allumer la fluorescence comme à allumer une lampe de poche dans une pièce sombre. Un test de diagnostic peut être conçu pour marquer, par exemple, une molécule spécifique d'ADN avec une sonde fluorescente. Si cette molécule spécifique d'ADN est présente, vous voyez une fluorescence ou un changement dans la fluorescence.

Parfois, une molécule autrement fluorescente arrête d'émettre de la lumière pendant une brève période de temps. C'est ce qu'on appelle le clignotement de fluorescence, ce qui peut rendre difficile la détection de biomolécules aux concentrations ultra-faibles nécessaires au diagnostic de la maladie. Un moyen de réduire simultanément le clignement pour le diagnostic et d'extraire des informations biochimiques utiles du clignement pour la recherche fondamentale serait le meilleur des deux mondes.

Dans une étude publiée récemment dans Angewandte Chemie , des chercheurs de l'Université d'Osaka ont utilisé une molécule bien connue abrégée en COT - un photostabilisant - pour moduler le clignotement de fluorescence dans des tests biochimiques. Les chercheurs ont utilisé le COT pour sonder l'architecture des molécules d'ADN et pour détecter un biomarqueur d'ARN cancéreux à des concentrations ultra-faibles.

"COT supprime le clignotement de fluorescence, et augmente ainsi la fluorescence, en entrant en contact physique avec le fluorophore, " explique Jie Xu, auteur principal. "En revanche, moduler l'émission par une technique très répandue connue sous le nom de transfert d'énergie par résonance de fluorescence, FRETTE, ne fonctionne que sur des distances beaucoup plus longues - de l'ordre de 1 à 10 nanomètres - et uniquement sur une échelle de temps de la nanoseconde."

Les chercheurs ont d'abord testé leur configuration sur de l'ADN double brin contenant un espaceur interne. Lorsque COT était à une extrémité de l'espaceur et le fluorophore à l'autre extrémité, il y avait plus de fluorescence qu'en l'absence de COT. Cependant, le clignotement de fluorescence n'a pas été entièrement éliminé. Les chercheurs ont exploité ce fait en testant comment l'architecture chimique de l'espaceur module le clignement.

"L'augmentation de la longueur de l'espaceur et l'augmentation des interactions d'empilement pi - interactions non covalentes entre les cycles aromatiques - dans l'espaceur ont augmenté le temps du fluorophore à l'état 'off', " dit Kiyohiko Kawai, auteur principal. "FRET ne peut pas fournir d'informations sur la dynamique biomoléculaire sur ces distances subnanométriques."

Les chercheurs ont ensuite détecté des concentrations ultra-petites d'une molécule d'ARN qui est un biomarqueur pour de nombreux cancers. Ils ont d'abord fixé une sonde fluorescente contenant du COT sur une lame de verre. La sonde a été conçue de telle sorte que la liaison au biomarqueur d'ARN augmenterait la fluorescence de la sonde.

"La liaison à l'ARN cible a réduit de moitié le temps de la sonde à l'état désactivé, ", dit Xu. "Cela fournit un moyen clair de détecter un biomarqueur du cancer."

Détecter une biomolécule pertinente pour une maladie à des concentrations ultra-faibles, rendu possible par cette technique, peut être un moyen de diagnostiquer une maladie à ses débuts et de faciliter le traitement. Par ailleurs, de nombreuses études de recherche biochimique fondamentale sont réalisables maintenant que les chercheurs peuvent sonder les mouvements moléculaires à l'échelle subnanométrique et sur de grandes échelles de temps.