Un groupe de chercheurs russes et français, avec la participation de scientifiques de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, a synthétisé des nanoparticules de silicium ultrapur qui présentent une photoluminescence efficace, émission de lumière secondaire après photoexcitation. Ces particules pénétraient facilement dans les cellules cancéreuses pour être utilisées comme marqueurs luminescents dans le diagnostic précoce et le traitement du cancer. L'étude a été publiée dans la revue Rapports scientifiques .

Selon le co-auteur Victor Timoshenko, les tentatives précédentes dans d'autres laboratoires ont échoué, principalement parce que les nanoparticules ont été synthétisées par des réactions chimiques dans des solutions acides. "Les particules obtenues n'étaient pas suffisamment pures, " dit-il. " Les sous-produits des réactions chimiques les rendaient toxiques. Par ailleurs, ces nanoparticules avaient une forme, qui était loin d'être une sphère, et il ne contribue pas à l'apparition de la photoluminescence. Ces deux inconvénients limitaient sévèrement leurs applications."

Pour combler ces lacunes, les chercheurs ont utilisé une méthode différente, ce qu'on appelle l'ablation laser, qui éjecte des atomes de la cible avec un faisceau laser, de sorte que les atomes déchirés forment un nanocristal. Le problème était que les atomes déchirés dans ce cas ne se combinent souvent pas avec des particules, mais avec quelques couches arbitraires, et même si les nanoparticules étaient obtenues, ils n'étaient pas photoluminescents. Soit les nanoparticules étaient trop grosses, ou ils se sont refroidis trop rapidement et n'ont pas eu le temps de former des nanocristaux de haute qualité. Ainsi, il a fallu les réchauffer un court instant pour favoriser la cristallisation.

"Dans ce but, nous avons décidé d'utiliser court, impulsions laser à haute intensité, " dit le professeur Timoshenko. " Ils n'ont pas seulement éjecté les atomes de silicium de la cible, mais en plus les a ionisés. Les électrons émis ont conduit à l'ionisation des atomes d'hélium composant l'atmosphère dans laquelle il se produisait. En quelques nanosecondes, le plasma laser a formé les conditions qui ont permis aux atomes de se fritter en nanocristaux sphériques. Ces billes tombant sur la surface se sont agrégées en une couche duveteuse, qui pourraient ensuite être dispersés dans l'eau.

Ces nanoparticules sphériques avaient juste la bonne taille, deux à quatre nanomètres de diamètre, qui a fourni une photoluminescence efficace dans laquelle chaque photon tombant était équilibré avec un éjecté. Contrairement aux nanoparticules obtenues par gravure chimique, ils ne nécessitaient pas d'additifs toxiques. Et, surtout, comme démontré par des expériences biologiques, ils pourraient facilement pénétrer dans les cellules. De plus, les nanosphères pénétraient beaucoup plus facilement les cellules cancéreuses que les cellules saines. C'est parce que les cellules cancéreuses sont toujours prêtes à se diviser, et ainsi tout absorber pour produire des cellules filles. Selon Victor Timochenko, selon le type de cellules, les cellules cancéreuses absorbent généralement les nanoparticules 20 à 30 pour cent plus efficacement que les cellules saines, qui constitue une base pour le diagnostic du cancer à un stade précoce.

"Notre principale réalisation a été de produire les nanoparticules et d'établir qu'elles pénètrent facilement dans les cellules cancéreuses, " Victor Timoshenko a déclaré. "Le problème du diagnostic est une tâche distincte, qui a été résolu simultanément par les biologistes, avec notre participation. Vous pouvez, par exemple, remplacer l'analyse de la biopsie, un test "oui-non" assez long et peu fiable, à la place, détecter si une nanoparticule a pénétré ou non un échantillon de tissu. Il existe également des méthodes de diagnostic non invasives. La lumière photoluminescente émise par les nanoparticules est dans ce cas difficile à utiliser, mais ils peuvent être activés par d'autres moyens, par exemple, ultrasons ou ondes électromagnétiques radiofréquences."

Le principal avantage des nanoparticules est qu'elles sont totalement non toxiques et facilement excrétées. Ils peuvent également se lier à des substances ou des biomolécules spécifiques (par exemple, anticorps), permettant aux médecins de les cibler dans les cellules cancéreuses et d'augmenter ainsi l'efficacité du diagnostic. Selon Victor Timochenko, à l'avenir, ces nanoparticules pourraient également se lier à des médicaments qui non seulement détecteront le cancer, mais aussi conduire une chimiothérapie ou une radiothérapie locale au niveau cellulaire.