Les chimistes du MIT ont développé de nouvelles nanoparticules capables de réaliser simultanément une imagerie par résonance magnétique (IRM) et une imagerie par fluorescence chez des animaux vivants. De telles particules pourraient aider les scientifiques à suivre des molécules spécifiques produites dans le corps, surveiller l'environnement d'une tumeur, ou déterminer si les médicaments ont atteint leurs cibles avec succès.

Dans un article paru dans le numéro du 18 novembre de Communication Nature , les chercheurs démontrent l'utilisation des particules, qui portent des capteurs distincts pour la fluorescence et l'IRM, pour suivre la vitamine C chez la souris. Partout où il y a une forte concentration de vitamine C, les particules montrent un fort signal fluorescent mais peu de contraste IRM. S'il n'y a pas beaucoup de vitamine C, un signal IRM plus fort est visible mais la fluorescence est très faible.

Les futures versions des particules pourraient être conçues pour détecter les espèces réactives de l'oxygène qui sont souvent en corrélation avec la maladie, dit Jérémie Johnson, professeur adjoint de chimie au MIT et auteur principal de l'étude. Ils pourraient également être adaptés pour détecter plus d'une molécule à la fois.

« Vous pourrez peut-être en savoir plus sur la progression des maladies si vous disposez de sondes d'imagerie capables de détecter des biomolécules spécifiques, " dit Johnson.

Double action

Johnson et ses collègues ont conçu les particules afin qu'elles puissent être assemblées à partir de blocs de construction constitués de chaînes polymères portant soit un agent de contraste IRM organique appelé nitroxyde, soit une molécule fluorescente appelée Cy5.5.

Lorsqu'ils sont mélangés dans un rapport souhaité, ces blocs de construction se rejoignent pour former une structure nanométrique spécifique que les auteurs appellent un polymère de brosse à bouteilles ramifié. Pour cette étude, ils ont créé des particules dans lesquelles 99% des chaînes transportent des nitroxydes, et 1 pour cent portent Cy5.5.

Les nitroxydes sont des molécules réactives qui contiennent un atome d'azote lié à un atome d'oxygène avec un électron non apparié. Les nitroxydes suppriment la fluorescence de Cy5.5, mais lorsque les nitroxydes rencontrent une molécule telle que la vitamine C à partir de laquelle ils peuvent capter des électrons, ils deviennent inactifs et Cy5.5 devient fluorescent.

Les nitroxydes ont généralement une demi-vie très courte dans les systèmes vivants, mais Andrzej Rajca, professeur de chimie à l'Université du Nebraska, qui est également auteur du nouveau document Nature Communications, ont récemment découvert que leur demi-vie peut être prolongée en leur attachant deux structures volumineuses. Par ailleurs, les auteurs de l'article de Nature Communications montrent que l'incorporation du nitroxyde de Rajca dans les architectures polymères de brosses à bouteilles ramifiées de Johnson conduit à des améliorations encore plus importantes de la durée de vie du nitroxyde. Avec ces modifications, les nitroxydes peuvent circuler pendant plusieurs heures dans le sang d'une souris, assez longtemps pour obtenir des images IRM utiles.

Les chercheurs ont découvert que leurs particules d'imagerie s'accumulaient dans le foie, comme le font généralement les nanoparticules. Le foie de souris produit de la vitamine C, donc une fois que les particules ont atteint le foie, ils ont récupéré des électrons de la vitamine C, désactiver le signal IRM et augmenter la fluorescence. Ils n'ont également trouvé aucun signal d'IRM mais une petite quantité de fluorescence dans le cerveau, qui est une destination pour une grande partie de la vitamine C produite dans le foie. En revanche, dans le sang et les reins, où la concentration de vitamine C est faible, le contraste IRM était maximal.

Mélanger et assortir

Les chercheurs travaillent maintenant à améliorer les différences de signal qu'ils obtiennent lorsque le capteur rencontre une molécule cible telle que la vitamine C. Ils ont également créé des nanoparticules portant l'agent fluorescent ainsi que jusqu'à trois médicaments différents. Cela leur permet de savoir si les nanoparticules sont livrées à leurs emplacements ciblés.

« C'est l'avantage de notre plate-forme :nous pouvons mélanger et assortir et ajouter presque tout ce que nous voulons, " dit Johnson.

Ces particules pourraient également être utilisées pour évaluer le niveau de radicaux oxygène dans la tumeur d'un patient, qui peut révéler des informations précieuses sur l'agressivité de la tumeur.

"Nous pensons que nous pourrions être en mesure de révéler des informations sur l'environnement tumoral avec ce genre de sondes, si nous pouvons les y amener, " dit Johnson. " Un jour, vous pourrez peut-être l'injecter à un patient et obtenir des informations biochimiques en temps réel sur les sites de la maladie ainsi que sur les tissus sains, ce qui n'est pas toujours simple."

Bouteille Steven, professeur de nanotechnologie et de science moléculaire à l'Université de technologie du Queensland, dit que l'élément le plus impressionnant de l'étude est la combinaison de deux puissantes techniques d'imagerie en un seul nanomatériau.

"Je crois que cela devrait fournir un très puissant, lié métaboliquement, une modalité d'imagerie multi-combinaison qui devrait fournir un outil de diagnostic très utile avec un réel potentiel pour suivre l'évolution de la maladie in vivo, " dit Bouteille, qui n'a pas participé à l'étude.

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.