Une solution luminescente de nanoparticules. Crédit :Université ITMO
Des chimistes de Russie et de Suisse ont créé des nanoparticules luminescentes biosécurisées pour l'imagerie des tumeurs et des vaisseaux sanguins endommagés par une crise cardiaque ou un accident vasculaire cérébral. Les particules sont constituées d'oxyde d'hafnium utilisé pour l'injection intraveineuse, et dopés avec des ions de métaux des terres rares. Les scientifiques espèrent créer une alternative aux points quantiques toxiques et imager les tissus profonds sans nuire au patient. L'étude est parue dans Colloïdes et surfaces B :Biointerfaces .
Les scientifiques de l'Université ITMO de Saint-Pétersbourg et de l'ETH Zurich ont cherché à visualiser en toute sécurité les tumeurs cancéreuses et les vaisseaux sanguins endommagés dans le cœur et le cerveau. Les nanoparticules qu'ils ont développées peuvent émettre une lumière visible sous excitation ultraviolette et bleue qui permet aux médecins de les utiliser comme agent de contraste pour l'imagerie des tissus internes.
L'imagerie des organes n'est pas illustrative sans marqueurs adaptés, mais toutes les substances optiquement actives utilisées aujourd'hui à cette fin présentent des inconvénients importants. Ainsi, les agents organiques ne fonctionnent pas universellement et se désintègrent rapidement dans le corps. Et bien que les nanoparticules semi-conductrices appelées points quantiques aient des propriétés luminescentes uniques, en raison de leur effet dangereux sur un patient vivant, ces particules ne peuvent être utilisées qu'in vitro.
Selon les scientifiques de l'ITMO, les marqueurs qu'ils ont développés sont exempts de ces inconvénients et peuvent remplacer les points quantiques à l'avenir. Les nouvelles nanoparticules sont composées d'oxyde d'hafnium dopé avec des ions de terres rares europium et terbium. Ils offrent des propriétés luminescentes élevées et l'oxyde d'hafnium agit comme une matrice transparente qui assure leur biosécurité et leur maintient l'éclat.
L'oxyde d'hafnium est bioinerte; en 2015, la FDA a inclus cette substance dans une liste d'oxydes approuvés pour un usage interne. Certaines formes d'oxydes de fer et d'aluminium sont également autorisées pour l'injection intraveineuse. Mais contrairement à l'hafnium, ils absorbent trop de lumière et affaiblissent la luminescence.
La solution luminescente de nanoparticules. Crédit :Université ITMO
En outre, l'hafnium et les métaux des terres rares ont des atomes de taille similaire, les chimistes ont donc réussi à conserver la structure de l'oxyde cristallin lors du remplacement d'une partie des ions hafnium par les éléments des terres rares. Cela a permis aux scientifiques de donner les propriétés optiques requises aux nanoparticules, tout en empêchant la sédimentation dans les fluides biologiques de pH neutre.
La sédimentation des particules peut s'accumuler et bloquer les vaisseaux sanguins. "Nous ne pouvions pas recouvrir les nanoparticules d'un stabilisant, car cela réduirait le rendement quantique, " dit Aleksandra Furasova, le premier auteur de l'article. "C'est pourquoi nous avons dopé l'oxyde d'hafnium avec des ions de terres rares. Premièrement, ils chargeaient en surface des particules qui stabilisaient ces dernières dans les fluides biologiques. Deuxièmement, l'introduction de différentes terres rares, nous avons appris à décaler le spectre de luminescence. Par exemple, les particules au terbium émettent du vert, tandis que les particules avec l'europium émettent du rouge. Cela sera utile pour résoudre des tâches spécifiques."
Les éléments des terres rares ont un niveau de toxicité défini. Les chimistes ont donc ajouté de grandes quantités de particules aux échantillons de plasma sanguin et au milieu contenant des cellules cultivées. Il s'est avéré que les particules sont stables dans le sang et ne changent pas de consistance; en raison de la capacité des ions de terres rares à être fortement liés dans l'oxyde, ils ne nuisent pas aux cellules.
Anna Fakhado, un chercheur de la SCAMT, ajoute, "Pendant trois jours, nous avons observé le cycle de vie de fibroblastes pulmonaires cultivés et de cellules souches mésenchymateuses et n'avons remarqué aucun effet toxique causé par des nanoparticules pures ou dopées d'oxyde d'hafnium. C'est-à-dire, ils peuvent être potentiellement appliqués en médecine.
À l'avenir, les scientifiques vont utiliser des nanoparticules d'oxyde d'hafnium non seulement pour l'imagerie, mais pour le traitement des tumeurs. Sous les rayons X, atomes d'hafnium et de terres rares, comme tous les éléments lourds, ioniser les molécules d'eau qui deviennent des radicaux libres et commencent à tuer les cellules voisines. Cette méthode de traitement du cancer ne peut rivaliser avec la chimiothérapie en termes de prix, mais il est censé être moins nocif car il permet le traitement des tumeurs localement, même dans le cerveau.
