(Phys.org)—L'acidité (pH) et ses changements jouent un rôle important dans de nombreux processus physiologiques, y compris le repliement des protéines, et peuvent agir comme des indicateurs de cancer. Dans la revue Angewandte Chemie , Des chercheurs américains ont maintenant introduit un capteur de pH non conventionnel qui permet de surveiller les changements de valeurs de pH dans les cellules vivantes sur de plus longues périodes de temps, avec une résolution spatiale auparavant impossible à obtenir. Ceci est possible grâce à la combinaison de nanocristaux fluorescents avec des « bras » moléculaires mobiles qui peuvent se plier ou se déplier en fonction du pH de leur environnement.
endosomes, des organites cellulaires qui jouent un rôle dans le transport au sein des cellules, connaissent une baisse considérable de leur valeur de pH à mesure qu'ils mûrissent. Cela a été observé par l'équipe travaillant avec Moungi G. Bawendi au Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge en utilisant un nouveau capteur de pH nanoscopique et un microscope à fluorescence. Le secret de leur succès réside dans la conception non conventionnelle de leur capteur :un « bras » moléculaire mobile relie un nanocristal fluorescent vert à un colorant fluorescent rouge. Les nanocristaux sont des particules de matériaux semi-conducteurs qui transfèrent facilement l'énergie lumineuse qu'ils absorbent aux colorants fluorescents grâce à un mécanisme sans rayonnement (transfert d'énergie par résonance de fluorescence, ou FRET). Cela provoque la fluorescence du colorant, tant que les deux partenaires FRET sont suffisamment proches l'un de l'autre.
La distance entre le nanocristal et le colorant est contrôlée par le pliage et le dépliage du bras moléculaire sur le nano-capteur de pH, et ce mouvement dépend du pH. Le bras se compose d'un morceau d'ADN double brin et d'un morceau d'ADN simple brin. Au fur et à mesure que la concentration en ions H+ augmente, il en va de même de la tendance à former un "triple brin", dans lequel le simple brin s'emboîte dans la rainure du double brin, faisant plier le bras. Ce "mouvement des bras" a lieu dans la plage physiologiquement importante autour de pH 7 et est très sensible au moindre changement.
À des valeurs de pH plus élevées, le bras est tendu et les partenaires de FRET sont trop éloignés l'un de l'autre pour que le transfert d'énergie se produise. Le nanocristal émet une fluorescence verte et le colorant n'est pas fluorescent. Au fur et à mesure que le pH baisse, le bras se replie suffisamment pour permettre le transfert d'énergie FRET. La fluorescence verte du nanocristal diminue et le colorant commence à devenir rouge. Parce que cette technique mesure le rapport de la fluorescence verte sur la fluorescence rouge au lieu d'une valeur absolue, les variations d'intensité ne font aucune différence. Le capteur a donc une référence interne.
Dans ce type de capteur, le véritable « testeur de pH » et le dispositif de signalisation optique sont deux composants distincts. En remplaçant le testeur de pH par un bras moléculaire qui répond à un analyte différent, il devrait être possible d'utiliser le même principe et le même dispositif de signalisation optique pour construire des capteurs pour d'autres molécules cibles.
Les fluorophores à nanocristaux ont suscité beaucoup d'enthousiasme dans plusieurs domaines en raison de leurs propriétés optiques attrayantes. Les nanocristaux offrent des propriétés supérieures par rapport aux fluorophores moléculaires traditionnels, notamment en biologie, où ils peuvent aider à révéler le fonctionnement interne de la cellule. Cependant, la conversion de ces nouveaux nanomatériaux en capteurs fluorescents s'est avérée difficile. Le concept d'exploiter un changement de conformation moléculaire pour créer un capteur est nouveau pour les capteurs à nanocristaux et pourrait s'avérer une solution générale au problème de la fabrication de capteurs à partir de nanocristaux.
