Une équipe de recherche interdisciplinaire de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a développé un nouveau matériau composite dérivé des points quantiques. Ces nanoplaquettes lipoprotéiques sont rapidement captées par les cellules et conservent leur fluorescence, ce qui les rend particulièrement bien adaptés à l'imagerie des cellules et à la compréhension des mécanismes de la maladie.

"Les points quantiques sont largement étudiés en raison de leur physique unique, optique, et les propriétés électroniques, " a expliqué Andrew M. Smith, professeur adjoint de bio-ingénierie à l'Illinois. "Leur caractéristique la plus importante est la luminosité, émission de lumière stable qui peut être réglée sur une large gamme de couleurs. Cela les a rendus utiles pour diverses applications en tant qu'agents d'imagerie et sondes moléculaires dans les cellules et les tissus et en tant que composants électroluminescents des LED et des téléviseurs. »

"Ces études sont le premier exemple de points quantiques plats, appelées nanoplaquettes, dans les systèmes biologiques, " dit Smith, dont les travaux sont publiés dans le Journal de l'American Chemical Society . "Nous avons développé une nanoparticule unique qui est plate, comme un disque, et encapsulé dans une particule biologique. Ceux-ci sont dérivés de points quantiques et émettent de la même manière de la lumière, cependant, ils ont une multitude de propriétés optiques et structurelles intéressantes en raison de leur forme. Leurs propriétés d'absorption et d'émission de lumière sont plus proches de celles des puits quantiques, qui sont des couches minces utilisées pour fabriquer des lasers. Nous constatons que ces particules pénètrent très rapidement dans les cellules et nous les utilisons comme capteurs dans les cellules vivantes. »

"Le nouveau matériau colloïdal est un hybride entre un puits quantique inorganique et un nanodisque organique composé de phospholipides et de lipoprotéines, " a expliqué Sung Jun Lim, un boursier postdoctoral dans le groupe de recherche de Smith et premier auteur de l'article, "Nanoplaquettes de lipoprotéines :fluorescentes vives, Sondes zwitterioniques avec entrée cellulaire rapide." "Les phospholipides se lient aux faces planes des nanoplaquettes et les lipoprotéines se lient aux bords incurvés pour piéger de manière homogène les particules dans des matériaux biocompatibles. Ils ont une stabilité à long terme dans les tampons biologiques et les solutions salines et sont hautement fluorescents, avec une luminosité comparable à celle des points quantiques lorsqu'ils sont mesurés dans une solution ou au niveau d'une seule molécule dans un microscope."

Selon Smith, ces particules sont particulièrement utiles pour l'imagerie de molécules uniques, où les points quantiques ont eu le plus grand impact en raison de leur combinaison unique de taux d'émission de lumière élevé et de taille compacte. Les points quantiques ont récemment permis la découverte d'une multitude de nouveaux processus biologiques liés à la santé et aux maladies humaines.

"Nous pensons que les nouvelles capacités fournies par les nanoplaquettes sont précieuses pour l'imagerie des molécules et des cellules biologiques, mais il était auparavant difficile de stabiliser ces nanocristaux dans des milieux biologiques car leurs dimensions inhabituelles les obligent à se coller les uns aux autres, agrégat, et perdre la fluorescence. Cette nouvelle classe de nanoplaquettes résout ces problèmes et elles sont stables dans des conditions biologiques difficiles car elles sont encapsulées dans des lipoprotéines.

"Nous nous attendons à ce que ce nouveau matériau composite révèle, au niveau d'une molécule unique, comment les matériaux plats interagissent avec les systèmes biologiques, " Smith a ajouté. " La découverte unique de l'entrée cellulaire rapide suggère que ces matériaux peuvent être immédiatement utiles pour les applications de marquage cellulaire pour permettre un codage spectral hautement multiplexé de l'identité cellulaire afin que nous puissions suivre les cellules cancéreuses métastatiques dans le corps. Des formes uniques de nanoparticules se sont également avérées plus efficaces pour administrer des médicaments aux tumeurs par rapport aux particules sphériques standard, donc nous explorons cela aussi.