(Phys.org) - Détection précoce des maladies des tissus mous, comme le cancer du sein, nécessite généralement des biopsies invasives. Maintenant, une nouvelle nanoparticule auto-assemblée développée par Bin Liu à l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues pourraient bientôt rendre les biopsies obsolètes. Le matériel de l'équipe améliore considérablement la sécurité de la microscopie à deux photons (TPM), une technique qui utilise des sondes fluorescentes pour générer des images tridimensionnelles des structures des cellules cancéreuses dans les tissus vivants.

Bien que le TPM offre un accès profond au tissu cellulaire sans photo-endommagement significatif, trouver des substances appropriées pour agir comme des sondes électroluminescentes est un défi. Les « points quantiques » fabriqués à partir d'agrégats nanométriques d'éléments tels que le cadmium et le sélénium sont d'excellents illuminateurs de structure cellulaire, grâce à leur fluorescence brillante et stable. Cependant, leur toxicité inhérente limite de nombreuses applications biologiques possibles.

Liu et son équipe se sont donc tournés vers des molécules organiques conjuguées pour produire des colorants moins toxiques pour le TPM. Alors que ces petites molécules organiques sont normalement incapables d'absorber des quantités suffisantes de lumière laser pour initier l'imagerie par fluorescence, l'équipe a résolu ce problème en synthétisant un matériau en forme d'étoile connu sous le nom de dendrimère. Constitué d'un noyau central de triphénylamine et de trois « bras » constitués de chaînes conjuguées étendues, cette géométrie unique peut induire des sections efficaces beaucoup plus grandes qui peuvent mieux absorber les deux photons que les colorants fluorescents isolés.

Pour assurer la biocompatibilité entre le dendrimère en forme d'étoile et le tissu cellulaire, les chercheurs ont dû employer une astuce chimique. Inspiré par le comportement de liaison polyvalent du chitosane, un polysaccharide naturel, l'équipe a utilisé une réaction douce de bromure-thiol pour attacher plusieurs anneaux de sucre de glucosamine aux bras du dendrimère. Selon Liu, ce processus a réduit la cytotoxicité du colorant et leur a permis de le fonctionnaliser avec des ligands d'acide folique qui ciblent les surfaces d'une lignée cellulaire de cancer du sein connue sous le nom de MCF-7.

Les expériences de l'équipe ont montré que le colorant dendritique s'auto-assemblait en nanoparticules dispersées lorsqu'il était immergé dans l'eau, une forme qui augmente les sections efficaces d'absorption à deux photons et fournit un rendement élevé de fluorescence induite par laser. Lorsqu'ils ont incubé ces nanoparticules dans les cellules MCF-7, l'imagerie TPM ultérieure a révélé une fluorescence lumineuse localisée à l'intérieur du cytoplasme des cellules cancéreuses (voir image). Ces données indiquent qu'une liaison spécifique se produit entre le colorant dendritique et les récepteurs de folate sur la surface MCF-7.

Des viabilités cellulaires proches de 100 % aux concentrations de colorant utilisées pour les études d'imagerie confirment que cette stratégie est un moyen sûr et prometteur d'augmenter l'utilisation de l'imagerie TPM. "Nous souhaitons étendre l'imagerie in vitro actuelle aux applications in vivo, " note Liu.