Développer des médicaments pour combattre ou guérir les maladies humaines implique souvent une phase de tests avec des souris, donc être capable de scruter clairement les entrailles d'une souris vivante a une réelle valeur.

Mais avec les colorants fluorescents actuellement utilisés pour imager l'intérieur des souris de laboratoire, la vue devient si trouble plusieurs millimètres sous la peau que les chercheurs pourraient avoir plus de succès à deviner l'avenir des entrailles du rongeur qu'à extraire des données utilisables.

Maintenant, les chercheurs de Stanford ont développé une méthode d'imagerie améliorée utilisant des nanotubes de carbone fluorescents qui leur permet de voir des centimètres de profondeur dans une souris avec beaucoup plus de clarté que les colorants conventionnels. Pour une créature de la taille d'une souris, quelques centimètres font une grande différence.

"Nous avons déjà utilisé des nanotubes de carbone similaires pour administrer des médicaments pour traiter le cancer dans des tests de laboratoire sur des souris, mais vous aimeriez savoir où est passée votre livraison, n'est-ce pas ?" dit Hongjie Dai, un professeur de chimie. "Avec les nanotubes fluorescents, nous pouvons effectuer l'administration et l'imagerie de médicaments simultanément - en temps réel - pour évaluer la précision d'un médicament à atteindre sa cible. "

Les chercheurs injectent les nanotubes de carbone à paroi unique dans une souris et peuvent observer comment les tubes sont livrés aux organes internes par la circulation sanguine.

Les nanotubes émettent une fluorescence vive en réponse à la lumière d'un laser dirigé sur la souris, tandis qu'une caméra adaptée aux longueurs d'onde proche infrarouge des nanotubes enregistre les images.

En attachant les nanotubes à un médicament, les chercheurs peuvent voir comment le médicament progresse dans le corps de la souris.

Dai est l'un des auteurs d'un article décrivant la recherche publiée en ligne ce mois-ci dans Actes de l'Académie nationale des sciences .

La clé de l'utilité des nanotubes est qu'ils brillent dans une partie différente du spectre proche infrarouge que la plupart des colorants.

Les tissus biologiques - qu'ils soient souris ou humains - sont naturellement fluorescents à des longueurs d'onde inférieures à 900 nanomètres, qui est dans la même gamme que les colorants fluorescents organiques biocompatibles disponibles. Cela se traduit par une fluorescence de fond indésirable, ce qui brouille les images lorsque des colorants sont utilisés. Mais les nanotubes utilisés par le groupe de Dai émettent une fluorescence à des longueurs d'onde comprises entre 1, 000 et 1, 400 nanomètres. À ces longueurs d'onde, il n'y a pratiquement pas de fluorescence naturelle des tissus, le "bruit" de fond est donc minime.

L'utilité des nanotubes est encore renforcée car les tissus diffusent moins de lumière dans la région de longueur d'onde plus longue du proche infrarouge, réduire le maculage de l'image lorsque la lumière se déplace ou se déplace à travers le corps, un autre avantage par rapport aux fluorophores émettant en dessous de 900nm.

"Les nanotubes sont naturellement fluorescents, mais ils émettent dans une région très bizarre, » dit Dai. « Il n'y a pas beaucoup de choses – vivantes ou inertes – qui émettent dans cette région, c'est pourquoi il n'a pas été beaucoup exploré pour l'imagerie biologique."

En sélectionnant des nanotubes de carbone monoparoi (SWNTS) avec différents diamètres de chiralités et d'autres propriétés, Dai et son équipe peuvent affiner la longueur d'onde à laquelle les nanotubes émettent une fluorescence.

Les nanotubes sont imagés immédiatement après l'injection dans la circulation sanguine des souris.

Dai et les étudiants diplômés Sarah Sherlock et Kevin Welsher, qui sont également co-auteurs du PNAS papier, observé les nanotubes fluorescents traversant les poumons et les reins quelques secondes après l'injection. La rate et le foie se sont allumés quelques secondes plus tard.

Le groupe a également effectué un travail de "post-production" sur des séquences vidéo numériques des nanotubes en circulation pour améliorer encore la qualité de l'image à l'aide d'un processus appelé "analyse des composants principaux".

"Dans l'imagerie brute, la rate, le pancréas et les reins peuvent apparaître comme un seul signal généralisé, " dit Sherlock. " Mais ce processus capte les subtilités de la variation du signal et résout ce qui semble à première vue être un seul signal dans les organes distincts. "

"Vous pouvez vraiment voir des choses qui sont profondément à l'intérieur ou bloquées par d'autres organes tels que le pancréas, " dit Dai.

Il existe d'autres méthodes d'imagerie qui peuvent produire des images des tissus profonds, telles que l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomodensitométrie (TDM). Mais l'imagerie par fluorescence est largement utilisée dans la recherche et nécessite des machines plus simples.

Dai a déclaré que les nanotubes fluorescents ne sont pas capables d'atteindre la profondeur des scans CT ou IRM, mais les nanotubes sont un pas en avant dans l'élargissement des utilisations potentielles de la fluorescence en tant que système d'imagerie au-delà des applications de surface et proches de la surface auxquelles elle était limitée jusqu'à présent.

Depuis la découverte de la fluorescence des nanotubes il y a une dizaine d'années, les chercheurs ont essayé de rendre la fluorescence plus lumineuse, dit Dai. Toujours, il a été un peu surpris de voir à quel point ils fonctionnent bien maintenant chez les animaux.

"Je n'imaginais pas qu'ils pouvaient vraiment être utilisés chez les animaux pour obtenir des images profondes comme celles-ci, " dit-il. " Quand vous regardez des images comme celle-ci, vous avez l'impression que le corps a presque une certaine transparence."