Schéma et image en microscopie électronique d'un « hochet quantique » :une coquille de silice poreuse (en bleu sur le schéma) est remplie de points dorés, le tout à l'échelle nanométrique. L'or est présent sous deux formes :des particules inférieures à 2 nm (points) dans les pores de la coque, et des particules plus grosses (7 nm) dans la cavité centrale. Crédit :Mathew Hembury, Ciro Chiappini Glenna L. Drisko et al, avec l'autorisation de PNAS Ces images sont disponibles à la photothèque du CNRS, photothè[email protected]
Des chercheurs de l'Imperial College London et du Laboratoire de chimie de la matière condensée de Paris (CNRS/Collège de France/UPMC) ont conçu et développé des nanoparticules hybrides or-silice, qui s'avèrent être de véritables "couteaux suisses" thérapeutiques. Testé sur des souris et sur des cellules humaines en culture, ils permettent de combiner deux formes de traitement tumoral et trois techniques d'imagerie. Ils ont notamment une capacité de chargement et de délivrance de médicament plus importante que les transporteurs actuellement sur le marché, ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour la recherche contre le cancer. Les résultats ont été publiés dans PNAS le 4 février 2015.
Développer un outil couplant trois techniques d'imagerie complémentaires (IRM, la fluorescence proche infrarouge et un type d'imagerie ultrasonore dit « photoacoustique ») avec deux formes de thérapie (chimiothérapie et thérapie photothermique), le tout dans une sphère de 150 nanomètres de diamètre, est l'exploit récemment accompli par une équipe internationale de chimistes et de spécialistes en génie biomédical. Pour y parvenir, les chercheurs ont synthétisé des objets hybrides constitués d'une coquille de silice mésoporeuse contenant des points quantiques en or.
Les points quantiques d'or sont de petites nanoparticules (moins de 2 nanomètres) aux propriétés uniques (fluorescence, production de chaleur, magnétisme) très différentes de celles de l'or massif, ou même des nanoparticules d'or plus grosses. Cependant, leur manque de stabilité dans les solvants aqueux (ils ont tendance à s'agréger pour former des particules plus grosses) avait jusqu'à présent empêché leur utilisation en biologie et en médecine. En "infusant" des coquilles de silice poreuse avec des précurseurs d'or, les chercheurs ont réussi à créer des points quantiques d'or dans les pores de la coquille (ce qui les stabilise), ainsi que des nanoparticules d'or plus grosses dans la cavité centrale. Stable dans les solutions aqueuses, cette structure de « hochet quantique » peut pénétrer au centre des cellules sans toxicité. Il préserve également les propriétés optiques et magnétiques des boîtes quantiques en or, tout en maximisant leur capacité de stockage de médicaments.
L'incorporation d'or hydrophobe dans la sphère de silice a permis d'augmenter très significativement sa capacité de stockage de la doxorubicine, un agent anticancéreux souvent difficile à stabiliser dans ce type de matrice poreuse. Les scientifiques pensent que la proportion de molécules qui atteindraient leur cible monterait en flèche de 5 à 95%, par rapport aux supports de médicaments (de type liposomal) actuellement sur le marché. En plus de cette capacité de transporter de la drogue, ils ont un potentiel en thérapie photothermique. En réalité, lorsqu'ils sont excités par un laser infrarouge, les particules contenant les boîtes quantiques d'or émettent une fluorescence infrarouge, mais aussi suffisamment de chaleur - jusqu'à 51°C - pour tuer les cellules cancéreuses. Cela a permis de réduire la masse tumorale chez la souris de 55% après un seul traitement.
La production de chaleur peut également être utilisée à des fins d'imagerie, car il provoque une dilatation temporaire des points quantiques d'or, qui produit des ondes ultrasonores détectables, comme en échographie. De plus, la fluorescence émise par les particules excitées par laser traverse le tissu (qui n'absorbe pas l'infrarouge dans cette longueur d'onde), et peut donc être mesuré de manière non invasive. Finalement, pour les tailles inférieures à 2 nanomètres, l'or devient magnétique. Il est ainsi possible d'utiliser des hochets quantiques comme agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Ces trois méthodes d'imagerie (fluorescence proche infrarouge, imagerie photoacoustique et IRM) permettent d'observer la tumeur de manière complémentaire, avec une très haute résolution spatiale et temporelle.
Les chercheurs explorent maintenant comment optimiser ces nanovecteurs. Ils souhaiteraient « fonctionnaliser » leur surface avec des marqueurs afin de pouvoir identifier et cibler spécifiquement les cellules cancéreuses. Finalement, ils espèrent pouvoir réduire la taille des particules d'or dans la cavité centrale, afin de rendre le support entièrement biodégradable.
