De minuscules diamants offrent aux scientifiques de nouvelles possibilités de mesures précises des processus à l'intérieur des cellules vivantes avec le potentiel d'améliorer l'administration de médicaments et la thérapie contre le cancer.

Publié dans Nature Nanotechnologie , des chercheurs de l'Université de Cardiff ont dévoilé une nouvelle méthode pour visualiser des nanodiamants à l'intérieur de cellules vivantes humaines à des fins de recherche biomédicale.

Les nanodiamants sont de très petites particules (mille fois plus petites que les cheveux humains) et en raison de leur faible toxicité, ils peuvent être utilisés comme support pour transporter des médicaments à l'intérieur des cellules. Ils sont également très prometteurs en tant qu'alternative aux fluorophores organiques habituellement utilisés par les scientifiques pour visualiser les processus à l'intérieur des cellules et des tissus.

Une limitation majeure des fluorophores organiques est qu'ils ont tendance à se dégrader et à blanchir avec le temps sous un éclairage lumineux. Cela rend difficile leur utilisation pour des mesures précises des processus cellulaires. De plus, le blanchiment et la dégradation chimique peuvent souvent être toxiques et perturber considérablement voire tuer les cellules.

Il y a un consensus croissant parmi les scientifiques que les nanodiamants sont l'une des meilleures alternatives de matériaux inorganiques pour une utilisation dans la recherche biomédicale, en raison de leur compatibilité avec les cellules humaines, et en raison de leurs propriétés structurelles et chimiques stables.

Les tentatives précédentes d'autres équipes de recherche pour visualiser les nanodiamants sous de puissants microscopes optiques se sont heurtées à l'obstacle que le matériau diamant en soi est transparent à la lumière visible. La localisation des nanodiamants au microscope s'était appuyée sur de minuscules défauts dans le réseau cristallin, qui émettent de la fluorescence sous un éclairage lumineux.

La production des défauts s'est avérée à la fois coûteuse et difficile à réaliser de manière contrôlée. Par ailleurs, la lumière de fluorescence émise par ces défauts, et à son tour l'image glanée de l'exploration microscopique de ces nanodiamants défectueux, est parfois aussi instable.

Dans leur dernier article, des chercheurs des écoles de biosciences et de physique de l'Université de Cardiff ont montré que les nanodiamants non fluorescents (diamants sans défauts) peuvent être imagés optiquement et de manière beaucoup plus stable via l'interaction entre la lumière d'éclairage et les liaisons chimiques vibrantes dans la structure en treillis de diamant, ce qui entraîne une lumière diffusée à une couleur différente.

L'article décrit comment deux faisceaux laser battant à une fréquence spécifique sont utilisés pour faire vibrer les liaisons chimiques de manière synchronisée. L'un de ces faisceaux est ensuite utilisé pour sonder cette vibration et générer une lumière, appelée diffusion cohérente anti-Stokes Raman (CARS).

En focalisant ces faisceaux laser sur le nanodiamant, une image CARS haute résolution est générée. À l'aide d'un microscope construit en interne, l'équipe de recherche a pu mesurer l'intensité de la lumière CARS sur une série de nanodiamants uniques de différentes tailles.

La taille du nanodiamant a été mesurée avec précision au moyen de la microscopie électronique et d'autres méthodes quantitatives de contraste optique développées au sein du laboratoire du chercheur. De cette façon, ils ont pu quantifier la relation entre l'intensité lumineuse CARS et la taille des nanoparticules.

Par conséquent, le signal CARS calibré a permis à l'équipe d'analyser la taille et le nombre de nanodiamants qui avaient été délivrés dans des cellules vivantes, avec un niveau de précision jamais atteint par d'autres méthodes.

Professeur Paola Borri de l'École des Biosciences, qui a dirigé l'étude, a déclaré :« Cette nouvelle modalité d'imagerie ouvre la perspective passionnante de suivre quantitativement des voies de trafic cellulaire complexes avec des applications importantes dans l'administration de médicaments. La prochaine étape pour nous sera de pousser la technique pour détecter des nanodiamants de tailles encore plus petites que ce que nous avons montré jusqu'à présent et de démontrer une application spécifique dans l'administration de médicaments."