Un objectif longtemps recherché de créer des particules qui peuvent émettre une lueur fluorescente colorée dans un environnement biologique, et qui pourrait être précisément manipulé en position dans les cellules vivantes, a été réalisé par une équipe de chercheurs du MIT et de plusieurs autres institutions. La découverte est rapportée cette semaine dans le journal Communication Nature .

La nouvelle technologie pourrait permettre de suivre la position des nanoparticules lorsqu'elles se déplacent dans le corps ou à l'intérieur d'une cellule. À la fois, les nanoparticules pourraient être manipulées avec précision en appliquant un champ magnétique pour les entraîner. Et enfin, les particules pourraient avoir un revêtement d'une substance bioréactive qui pourrait rechercher et se lier à des molécules particulières dans le corps, tels que des marqueurs pour les cellules tumorales ou d'autres agents pathogènes.

"C'est mon rêve depuis de nombreuses années d'avoir un nanomatériau qui incorpore à la fois la fluorescence et le magnétisme dans un seul objet compact, " dit Moungi Bawendi, le professeur de chimie Lester Wolfe au MIT et auteur principal du nouvel article. Alors que d'autres groupes ont réussi à combiner ces deux propriétés, Bawendi dit qu'il "n'a jamais été très satisfait" des résultats précédemment obtenus par sa propre équipe ou d'autres.

Pour une chose, il dit, de telles particules étaient trop grosses pour faire des sondes pratiques de tissus vivants :« Ils ont eu tendance à avoir beaucoup de volume gaspillé, " dit Bawendi. " La compacité est essentielle pour la biologie et de nombreuses autres applications. "

En outre, les efforts précédents étaient incapables de produire des particules de taille uniforme et prévisible, qui pourrait également être une propriété essentielle pour des applications diagnostiques ou thérapeutiques.

De plus, Bawendi dit, "Nous voulions pouvoir manipuler ces structures à l'intérieur des cellules avec des champs magnétiques, mais aussi savoir exactement ce que nous déplaçons. » Tous ces objectifs sont atteints par les nouvelles nanoparticules, qui peuvent être identifiés avec une grande précision par la longueur d'onde de leurs émissions fluorescentes.

La nouvelle méthode produit la combinaison des propriétés souhaitées "dans un emballage aussi petit que possible, " dit Bawendi - ce qui pourrait aider à ouvrir la voie à des particules avec d'autres propriétés utiles, comme la capacité de se lier à un type spécifique de biorécepteur, ou une autre molécule d'intérêt.

Dans la technique mise au point par l'équipe de Bawendi, dirigé par l'auteur principal et postdoctorant Ou Chen, les nanoparticules cristallisent de telle sorte qu'elles s'auto-assemblent exactement de la manière qui conduit au résultat le plus utile :le cluster de particules magnétiques au centre, tandis que les particules fluorescentes forment un revêtement uniforme autour d'elles. Cela place les molécules fluorescentes à l'endroit le plus visible pour permettre le suivi optique des nanoparticules à travers un microscope.

"Ce sont de belles structures, ils sont si propres, " dit Bawendi. Cette uniformité surgit, en partie, parce que la matière première, nanoparticules fluorescentes que Bawendi et son groupe perfectionnent depuis des années, sont eux-mêmes de taille parfaitement uniforme. "Vous devez utiliser un matériau très uniforme pour produire une construction aussi uniforme, " dit Chen.

Initialement, au moins, les particules pourraient être utilisées pour sonder les fonctions biologiques de base au sein des cellules, suggère Bawendi. Alors que le travail continue, des expériences ultérieures peuvent ajouter des matériaux supplémentaires au revêtement des particules afin qu'elles interagissent de manière spécifique avec des molécules ou des structures à l'intérieur de la cellule, que ce soit pour le diagnostic ou le traitement.

La capacité de manipuler les particules avec des électro-aimants est essentielle pour les utiliser dans la recherche biologique, Bawendi explique :Les minuscules particules pourraient autrement se perdre dans le fouillis de molécules circulant dans une cellule. "Sans poignée magnétique, ' c'est comme une aiguille dans une botte de foin, " dit-il. " Mais avec le magnétisme, vous pouvez le trouver facilement."

Un revêtement de silice sur les particules permet à des molécules supplémentaires de se fixer, provoquant la liaison des particules avec des structures spécifiques à l'intérieur de la cellule. « La silice le rend complètement flexible ; c'est un matériau bien développé qui peut se lier à presque tout, " dit Bawendi.

Par exemple, le revêtement pourrait avoir une molécule qui se lie à un type spécifique de cellules tumorales; alors, "Vous pouvez les utiliser pour améliorer le contraste d'une IRM, pour que vous puissiez voir les contours macroscopiques spatiaux d'une tumeur, " il dit.

La prochaine étape pour l'équipe consiste à tester les nouvelles nanoparticules dans une variété de paramètres biologiques. "Nous avons fait le matériel, " dit Chen. " Maintenant, nous devons l'utiliser, et nous travaillons avec un certain nombre de groupes à travers le monde pour une variété d'applications."

Christophe Murray, un professeur de chimie et de science et ingénierie des matériaux à l'Université de Pennsylvanie qui n'était pas lié à cette recherche, dit, "Ce travail illustre le pouvoir d'utiliser des nanocristaux comme éléments constitutifs de structures multi-échelles et multifonctionnelles. Nous utilisons souvent le terme « atomes artificiels » dans la communauté pour décrire comment nous exploitons un nouveau tableau périodique des éléments constitutifs fondamentaux pour concevoir des matériaux, et c'est un exemple très élégant."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.