(Phys.org)—Une équipe de recherche internationale a créé des nanoparticules photoluminescentes uniques qui brillent clairement à travers plus de 3 centimètres de tissu biologique—une profondeur qui en fait un outil prometteur pour la bio-imagerie optique des tissus profonds.

Bien que l'imagerie optique soit une technique robuste et peu coûteuse couramment utilisée dans les applications biomédicales, les technologies actuelles n'ont pas la capacité de regarder en profondeur dans les tissus, les chercheurs ont dit.

Cela crée une demande pour le développement de nouvelles approches qui fournissent une haute résolution, la bio-imagerie optique à contraste élevé que les médecins et les scientifiques pourraient utiliser pour identifier des tumeurs ou d'autres anomalies profondément sous la peau.

Les nanoparticules nouvellement créées sont constituées d'un noyau nanocristallin contenant du thulium, sodium, l'ytterbium et le fluor, tout enfermé dans un carré, coquille de fluorure de calcium.

Les particules sont spéciales pour plusieurs raisons. D'abord, ils absorbent et émettent de la lumière proche infrarouge, la lumière émise ayant une longueur d'onde beaucoup plus courte que la lumière absorbée. Ceci est différent de la façon dont les molécules des tissus biologiques absorbent et émettent de la lumière, ce qui signifie que les scientifiques peuvent utiliser les particules pour obtenir plus de profondeur, imagerie à contraste plus élevé que les techniques traditionnelles basées sur la fluorescence.

Seconde, le matériau de l'enveloppe des nanoparticules, le fluorure de calcium, est une substance présente dans les os et les dents. Cela rend les particules compatibles avec la biologie humaine, réduire le risque d'effets indésirables. La coque s'avère également augmenter considérablement l'efficacité de la photoluminescence.

Pour émettre de la lumière, les particules utilisent un processus appelé conversion ascendante du proche infrarouge au proche infrarouge, ou "NIR-à-NIR." Grâce à ce processus, les particules absorbent des paires de photons et les combinent en un seul, photons de plus haute énergie qui sont ensuite émis.

L'une des raisons pour lesquelles le NIR à NIR est idéal pour l'imagerie optique est que les particules absorbent et émettent de la lumière dans la région proche infrarouge du spectre électromagnétique, ce qui permet de réduire les interférences de fond. Cette région du spectre est connue sous le nom de « fenêtre de transparence optique » pour les tissus biologiques, puisque le tissu biologique absorbe et diffuse la lumière le moins dans cette gamme.

Les scientifiques ont testé les particules dans des expériences qui comprenaient leur imagerie injectée à des souris, et imager une capsule pleine de particules à travers une tranche de porc de plus de 3 centimètres d'épaisseur. Dans chaque cas, les chercheurs ont pu obtenir des dynamiques, images très contrastées des particules brillant à travers les tissus.

Les résultats de l'étude ont été publiés en ligne le 28 août dans le ACS Nano journal. La collaboration internationale comprenait des chercheurs de l'Université de Buffalo et d'autres institutions aux États-Unis, Chine, Corée du Sud et Suède. Il était codirigé par Paras N. Prasad, un professeur distingué SUNY et directeur exécutif de l'Institut des lasers de l'UB, Photonique et Biophotonique (ILPB), et Gang Han, professeur adjoint à la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts.

« Nous nous attendons à ce que les propriétés sans précédent des nanocristaux cœur/enveloppe que nous avons conçus combleront de nombreuses déconnexions entre les études in vitro et in vivo, et conduire à terme à de nouvelles découvertes dans les domaines de la biologie et de la médecine, " dit Han, exprimant son enthousiasme pour les résultats de la recherche.

Co-auteur de l'étude Tymish Y. Ohulchanskyy, un directeur adjoint de l'ILPB, estime que la profondeur d'imagerie optique de 3 centimètres est sans précédent pour les nanoparticules qui offrent une visualisation aussi contrastée.

« L'imagerie médicale est un domaine émergent, et l'imagerie optique est une technique importante dans ce domaine, " a déclaré Ohulchanskyy. " Le développement de cette nouvelle nanoplateforme est un véritable pas en avant pour la bio-imagerie optique des tissus plus profonde. "

Les premiers auteurs de l'article étaient Guanying Chen, professeur adjoint de recherche à l'ILPB et scientifique à l'Institut de technologie de Harbin en Chine et à l'Institut royal de technologie de Suède et Jie Shen de la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts. Parmi les autres institutions qui ont contribué, citons le Roswell Park Cancer Institute, l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et l'Université de Corée à Séoul.

La prochaine étape de la recherche consiste à explorer les moyens de cibler les nanoparticules sur les cellules cancéreuses et d'autres cibles biologiques qui pourraient être imagées. Chen, Shen et Ohulchanskyy ont déclaré que l'espoir est que les nanoparticules deviennent une plate-forme pour la bio-imagerie multimodale.