Les nanoparticules fluorescentes chargées de colorants organiques électroluminescents devraient transformer les technologies d'imagerie d'animaux vivants. Par rapport aux points quantiques inorganiques, ces matériaux optiquement stables sont non toxiques et peuvent être facilement modifiés avec des groupes fonctionnels, ce qui les rend idéales pour cibler des tissus spécifiques du corps. Malheureusement, les colorants traditionnels sont connus pour s'agréger et perdre leur intensité d'émission lorsqu'ils sont incorporés dans des nanoparticules à haute concentration. Pour surmonter ce problème, une équipe de chercheurs dirigée par Bin Liu et Ben Zhong Tang à l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR a maintenant conçu une famille de colorants avec une fluorescence améliorée lors de l'agrégation.

Au cœur des colorants traditionnels se trouve un chromophore planaire appelé dicyanométhylène modifié par la triphénylamine, qui émet de la lumière rouge dans les solutions diluées mais émet une faible fluorescence lorsqu'elle est agrégée. « La proximité immédiate des chromophores induit une extinction de la fluorescence due à des voies non radiatives, " dit Liu.

Liu, Tang et leur équipe ont inversé ce phénomène en attachant des pendentifs en tétraphényléthène en forme d'hélice à chaque extrémité du chromophore. Contrairement aux composés planaires, la forme des hélices évite les fortes interactions d'empilement entre chromophores, bloquant le processus d'extinction causé par l'agrégation. En outre, le confinement physique empêche ces hélices de tourner librement, permettant l'émission de lumière.

L'équipe a formulé les colorants à l'aide d'une matrice d'albumine de sérum bovin (BSA) - un polymère biocompatible et utilisé en clinique - et a évalué leurs performances en tant que sondes. La caractérisation expérimentale a montré que la longueur d'onde du maximum d'émission des nanoparticules restait inchangée lors de l'encapsulation et que l'intensité de la lumière émise augmentait avec la charge de colorant.

L'imagerie en direct de cellules cancéreuses du sein a révélé que les nanoparticules présentaient une fluorescence rouge plus intense et répartie de manière homogène dans les cytoplasmes (voir image) que les agrégats libres, suggérant que la BSA a stimulé l'absorption cellulaire des colorants. L'équipe a également découvert que les nanoparticules étaient optiquement stables dans les milieux biologiques et présentaient une bonne biocompatibilité.

Les chercheurs ont injecté les nanoparticules par voie intraveineuse à des souris porteuses de tumeurs hépatiques pour des études d'imagerie in vivo. Ils ont découvert que contrairement aux agrégats libres, les nanoparticules accumulées sélectivement dans la tumeur, mettant clairement en évidence le tissu cancéreux chez les animaux. « Cette démonstration souligne de nouvelles opportunités de recherche pour explorer des sondes de diagnostic similaires avec des applications cliniques potentielles, " dit Liu.

L'équipe étudie actuellement des sondes biologiques émissives dans le proche infrarouge pour des applications ciblées d'imagerie tumorale in vivo. Les nanoparticules peuvent également être utilisées pour comprendre les métastases cancéreuses ou le sort des cellules souches transplantées. « Ces sondes sont prometteuses dans les applications d'imagerie multimodale grâce à l'intégration avec des réactifs d'imagerie par résonance magnétique ou d'imagerie nucléaire, " dit Liu.