Parfois, les méthodes de la vieille école offrent les meilleurs moyens d'étudier les technologies de pointe et leurs effets sur le monde moderne.

Donner un nouveau rôle à une technique de laboratoire vieille de 65 ans, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont effectué la séparation la plus propre à ce jour des nanoparticules synthétiques d'un organisme vivant. La nouvelle méthode NIST devrait améliorer considérablement les expériences portant sur les impacts potentiels sur l'environnement et la santé de ces entités manufacturées. Cela permettra aux scientifiques de compter avec plus de précision le nombre de nanoparticules réellement ingérées par les organismes qui y sont exposés.

Un article décrivant la nouvelle méthode apparaît dans le numéro actuel de la revue ACS Nano .

Le ver rond commun Caenorhabditis elegans a été utilisé ces dernières années comme modèle vivant pour des études en laboratoire sur la façon dont les composés biologiques et chimiques peuvent affecter les organismes multicellulaires. Ces composés comprennent des nanoparticules modifiées (ENP), morceaux de matière entre 1 et 100 nanomètres (milliardièmes de mètre, soit environ 1/10, 000 le diamètre d'un globule rouge). Des recherches antérieures se sont souvent concentrées sur la quantification de la quantité et de la taille des nanoparticules ingérées par C. elegans. La mesure des nanoparticules qui entrent réellement dans un organisme est considérée comme un indicateur de toxicité potentielle plus pertinent que la simple quantité d'ENP à laquelle les vers sont exposés.

Les méthodes traditionnelles de comptage des ENP ingérés ont produit des résultats discutables. Actuellement, les chercheurs exposent C. elegans à des ENP métalliques tels que l'argent ou l'or en solution, puis rincer les particules en excès avec de l'eau suivi d'une centrifugation et d'une lyophilisation. Une partie de l'échantillon "nettoyé" produit est ensuite généralement examinée par une technique qui détermine la quantité de métal présent, connue sous le nom de spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS). Il donne souvent des comptes d'ENP dans les dizaines de milliers par ver; cependant, ces chiffres semblent toujours trop élevés pour les chercheurs du NIST travaillant avec C. elegans.

"Étant donné que l'ICP-MS détectera toutes les nanoparticules associées aux vers, à la fois ceux ingérés et ceux qui restent attachés à l'extérieur, nous soupçonnons que ce dernier est ce qui rend le nombre de « ENP » par ver si élevé, " a déclaré la chimiste analytique du NIST Monique Johnson, l'auteur principal de l'article ACS Nano. "Comme nous voulions seulement quantifier les ENP ingérées, une méthode de séparation plus robuste et fiable était nécessaire."

Heureusement, la solution au problème était déjà dans le laboratoire.

Au cours de la culture de C. elegans pour des expériences d'exposition à l'ENP, Johnson et ses collègues avaient utilisé la centrifugation en gradient de densité de saccharose, un système établi et vieux de plusieurs décennies pour séparer proprement les composants cellulaires, pour isoler les vers des débris et des bactéries. « Nous nous sommes demandé si le même processus nous permettrait également d'effectuer une séparation entre l'organisme et l'ENP, J'ai donc conçu une étude pour le savoir, " a déclaré Johnson.

Dans leur expérience, les chercheurs du NIST ont d'abord exposé des échantillons séparés de C. elegans à des concentrations faibles et élevées de deux tailles de nanosphères d'or, 30 et 60 nanomètres de diamètre. Les chercheurs ont placé chacun des échantillons dans une centrifugeuse et ont retiré le surnageant (partie liquide), en laissant les vers et les ENP dans les granulés restants. Ceux-ci ont été centrifugés deux fois dans une solution saline (plutôt que de l'eau comme dans les méthodes de séparation précédentes), puis centrifugé à nouveau, mais cette fois, grâce à un gradient de densité de saccharose de conception unique.

"Du haut jusqu'en bas, notre gradient consistait en une couche de solution saline pour piéger les ENP en excès et trois couches de plus en plus denses de saccharose [20, 40 et 50 pour cent] pour isoler le C. elegans, " a expliqué Johnson. " Nous avons suivi le gradient avec trois rinçages à l'eau et avec des centrifugations pour s'assurer que seuls les vers avec des ENP ingérés, et non le milieu de séparation saccharose avec un excès d'ENP, en ferait le culot final."

L'analyse de la gamme de masses dans les échantillons ultrapurifiés a indiqué des niveaux d'or plus conformes à ce que les chercheurs s'attendaient à trouver en tant qu'ENP ingérés. La validation expérimentale du succès de la méthode de séparation du NIST a eu lieu lorsque les vers ont été examinés en détail au microscope électronique à balayage (MEB).

"Pour moi, le moment eurêka a eu lieu lorsque j'ai vu pour la première fois des ENP d'or dans les images de coupe transversale prises à partir des échantillons de C. elegans qui avaient été traités par le gradient de densité de saccharose, " a déclaré Johnson. " J'avais rêvé de trouver des ENP dans le tube digestif du ver et maintenant ils étaient vraiment là ! "

Les images SEM haute résolution ont également fourni des preuves visuelles que seules les ENP ingérées étaient comptées. "Aucune ENP n'était attachée à la cuticule, l'exosquelette de C. elegans, dans l'un quelconque des échantillons de gradient de densité de saccharose, " a déclaré Johnson. " Lorsque nous avons examiné les vers de nos expériences de contrôle [traités en utilisant le traditionnel sans méthode de séparation par rinçage à l'eau uniquement], il y avait un certain nombre de nanosphères trouvées attachées à la cuticule.

Maintenant que cela a été démontré avec succès, les chercheurs du NIST prévoient d'affiner et de valider davantage leur système d'évaluation de l'absorption des ENP par C. elegans. "Avec un peu de chance, notre méthode deviendra un outil utile et précieux pour réduire la variabilité des mesures et les biais d'échantillonnage qui peuvent nuire aux études de nanotoxicologie environnementale, " a déclaré Johnson.