Une image au microscope électronique montre des ions bismuth (lignes sombres) à l'intérieur de nanotubes de carbone. Le matériel créé à l'Université Rice est un agent de contraste qui peut permettre aux cliniciens de suivre la progression des cellules souches dans le corps avec un scanner CT. Crédit :Eladio Rivera/Université du riz
Des scientifiques de l'Université Rice ont piégé du bismuth dans une cage de nanotubes pour marquer les cellules souches pour le suivi par rayons X.
Le bismuth est probablement mieux connu comme l'élément actif d'un élixir populaire pour la stabilisation de l'estomac et est également utilisé dans les cosmétiques et les applications médicales. Le chimiste du riz Lon Wilson et ses collègues insèrent des composés de bismuth dans des nanotubes de carbone à paroi unique pour créer un agent de contraste plus efficace pour les scanners de tomodensitométrie (CT).
Détails des travaux de l'équipe de Wilson's Rice et de ses collaborateurs à l'Université de Houston, Hôpital épiscopal Saint-Luc, et l'Institut de cardiologie du Texas apparaissent dans le Journal de la chimie des matériaux B .
Ce n'est pas la première fois que le bismuth est testé pour les tomodensitogrammes, et le laboratoire de Wilson expérimente depuis des années avec des agents de contraste à base de nanotubes pour les scanners d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Mais c'est la première fois que quelqu'un combine du bismuth avec des nanotubes pour imager des cellules individuelles, il a dit.
« À un moment donné, nous avons réalisé que personne n'avait jamais suivi les cellules souches, ou toute autre cellule que nous pouvons trouver, par CT, " a déclaré Wilson. " CT est beaucoup plus rapide, moins cher et plus pratique, et l'instrumentation est beaucoup plus répandue (que l'IRM). Nous avons donc pensé que si nous mettions du bismuth dans les nanotubes et les nanotubes dans les cellules souches, nous pourrions peut-être les suivre in vivo en temps réel."
Les images de cellules souches mésenchymateuses prises avec un scanner de tomodensitométrie (TDM) montrent un fort contraste entre les cellules marquées avec des nanotubes qui n'incluent pas de bismuth (à gauche) et celles qui en contiennent (à droite). Crédit :Eladio Rivera/Université du riz
Les expériences à ce jour confirment leur théorie. Dans des tests utilisant des cellules souches mésenchymateuses dérivées de moelle osseuse de porc, Wilson et l'auteur principal Eladio Rivera, un ancien chercheur postdoctoral à Rice, ont découvert que les nanotubes remplis de bismuth, qu'ils appellent Bi@US-tubes, produisent des images CT beaucoup plus lumineuses que celles des agents de contraste courants à base d'iode.
"Le bismuth a déjà été considéré comme un agent de contraste CT, mais le mettre dans des capsules de nanotubes nous permet de les faire pénétrer à l'intérieur des cellules à des concentrations élevées, " a déclaré Wilson. " Cela nous permet de prendre une image aux rayons X de la cellule. "
Les capsules sont fabriquées à partir d'un procédé chimique qui coupe et purifie les nanotubes. Lorsque les tubes et le chlorure de bismuth sont mélangés dans une solution, ils se combinent au fil du temps pour former des tubes Bi@US.
Les capsules de nanotubes mesurent entre 20 et 80 nanomètres de long et environ 1,4 nanomètres de diamètre. "Ils sont assez petits pour se diffuser dans la cellule, où ils s'agrègent ensuite en un bloc d'environ 300 nanomètres de diamètre, " at-il dit. "Nous pensons que le surfactant utilisé pour les suspendre dans les milieux biologiques est dépouillé lorsqu'ils traversent la membrane cellulaire. Les nanotubes sont lipophiles, alors quand ils se retrouvent dans la cellule, ils se serrent les coudes."
Une image aux rayons X de cellules souches mésenchymateuses non marquées dans des tubes à essai montre la différence dramatique entre celles étiquetées avec des nanotubes qui n'incluent pas de bismuth (à gauche) et celles qui en contiennent (à droite). La technique développée à l'Université Rice est prometteuse pour le suivi des cellules souches vivantes dans le corps. Crédit :Eladio Rivera/Université du riz
Wilson a déclaré que les études de son équipe ont montré que les cellules souches absorbent facilement les tubes Bi@US sans affecter leur fonction. "Les cellules s'adaptent au fil du temps à l'incorporation de ces morceaux de carbone et ensuite elles vaquent à leurs occupations, " il a dit.
Les tubes Bi@US présentent des avantages évidents par rapport aux agents de contraste à base d'iode couramment utilisés, dit Wilson. "Le bismuth est un élément lourd, vers le bas du tableau périodique, et plus efficace pour diffracter les rayons X que presque tout ce que vous pourriez utiliser, " dit-il. Une fois le bismuth encapsulé dans les nanotubes, l'agent peut produire un contraste élevé à de très faibles concentrations. Les surfaces des nanotubes peuvent être modifiées pour améliorer la biocompatibilité et leur capacité à cibler certains types de cellules. Ils peuvent également être modifiés pour être utilisés avec l'IRM, la tomographie par émission de positons et les systèmes d'imagerie par résonance paramagnétique électronique.
Le laboratoire Rice travaille à doubler la quantité de bismuth dans chaque nanotube. "Les ions bismuth semblent pénétrer dans les nanotubes par capillarité, et nous pensons que nous pouvons améliorer le processus pour au moins doubler le contraste, peut-être plus, ", a-t-il déclaré. "Ensuite, nous aimerions combiner à la fois le bismuth et le gadolinium dans un seul nanotube pour produire un agent de contraste bimodal qui peut être suivi à la fois avec des scanners IRM et CT."
