Le phénomène peut permettre une plus grande profondeur de pénétration pour une autofluorescence tissulaire et une diffusion réduites avec des avantages pour l'imagerie de fluorescence biomédicale in situ pendant la chirurgie du cancer. Les scientifiques considèrent donc la microscopie multiphotonique (MPM) comme une méthode non invasive, in vivo, outil d'imagerie des tissus profonds. Dans la présente étude, Kwon et al. ont été motivés par des travaux antérieurs visant à synthétiser des QDs biocompatibles avec des propriétés luminescentes à deux et trois photons en utilisant des éléments fer (Fe) et sélénium (Se). En général, les deux (précurseurs Fe et Se) sont naturellement présents dans le corps humain et présentent une faible toxicité sous forme de nanoparticules. L'équipe de recherche a testé in vitro la spécificité de ciblage des cellules tumorales avec un anticorps monoclonal humanisé HER2 (récepteur 2 du facteur de croissance épidermique humain) et des points quantiques de séléniure de fer conjugué (FeSe) (anti-HER2-QD). Pour les expériences in vitro, ils ont utilisé un modèle de xénogreffe MCF-7 (Michigan Cancer Foundation) surexprimé par HER2 (greffons d'une espèce donneuse différente) de lignée cellulaire de cancer du sein. Ils ont ensuite réalisé une imagerie MPM (microscopie multiphotonique) in vivo au sein d'un modèle de xénogreffe vivant de tumeur mammaire humaine.

Pour développer les QD FeSe hydrosolubles, les scientifiques ont utilisé une stratégie synthétique à un seul pot. Ils ont formé des QD d'une taille approximative de 3,4 ± 0,3 nm et les ont observés en utilisant la microscopie électronique à transmission (MET) à champ clair. En utilisant des diagrammes de diffraction électronique et TEM haute résolution de QD, ils ont observé le plan de FeSe tétragonal. Les scientifiques ont utilisé l'analyse structurelle avec un spectromètre à diffraction des rayons X à incidence rasante (GIXRD) et la spectroscopie photoélectronique à rayons X pour prouver méticuleusement la morphologie des QD FeSe. Les tests de potentiel zêta ont montré que les QD de FeSe se dissolvaient dans de l'eau déminéralisée et dans 0,01 M ainsi que 0,1 M de tampon phosphate (PBS). Lorsque Kwon et al. suivi à l'aide d'un appareil photo numérique et d'une microscopie à fluorescence après cinq jours, les QD ne se sont pas agrégés ou n'ont pas différé en fluorescence. La bande interdite des QD FeSe avoisinait 2,44 eV du spectre ultraviolet au visible (UV-Vis).

Kwon et al. ont exploré les propriétés de photoluminescence (PL) des QD FeSe à 25 degrés C pour observer une durée de vie de 3,23 nanosecondes (ns). Ils ont noté un PL excité à deux photons (2PL) et à trois photons (3PL), suivies d'images microscopiques de fluorescence représentatives de cellules MCF27 colorées avec des QD FeSe de 2PL et 3PL. Cette propriété d'excitation multiphotonique est remarquable pour la bio-imagerie avec une longueur d'onde plus longue qui peut pénétrer une profondeur maximale des tissus avec une phototoxicité réduite, observé dans la "fenêtre dorée" lors de l'imagerie des tissus cérébraux.

L'équipe de recherche a d'abord testé l'influence de la QD sur la viabilité cellulaire avant d'appliquer les QD FeSe aux expériences de bio-imagerie. Ils ont utilisé différentes lignées cellulaires cultivées avec diverses concentrations de FeSe QD à différentes durées de culture et ont observé une excellente viabilité à sept jours, avec> 75 pour cent de viabilité cellulaire. En utilisant des images microscopiques de fluorescence des cultures cellulaires, Kwon et al. enregistré la biocompatibilité supérieure des QD FeSe, où les points quantiques n'interfèrent pas avec la croissance cellulaire. Pour minimiser davantage la liaison non spécifique lors de l'assemblage, les scientifiques ont encapsulé les QD FeSe avec du poly(éthylène glycol) (PEG) avant la conjugaison avec des anticorps HER2 pour développer des anti-HER2-PEG-QD.

L'équipe a testé l'absorption non spécifique et la sélectivité des conjugués lors du ciblage des cellules cancéreuses du sein humain via la coloration à l'iodure de propidium. Les anti-HER2-PEG-QD ciblaient spécifiquement les récepteurs HER2, indiquant le potentiel d'utiliser des QD pégylés comme agents d'imagerie in vivo. Les molécules physiologiquement stables ont conservé leurs propriétés optiques pendant sept jours dans du sérum et dans diverses solutions tampons. Les QD FeSe étaient hautement photostables lors d'une excitation à deux photons avec des propriétés supplémentaires adaptées à l'imagerie biologique et au suivi à long terme des cellules ciblées.

L'étude a offert une nouvelle perspective pour le diagnostic du cancer du sein. Le cancer du sein est la deuxième cause de décès par cancer chez les femmes, avec des taux de récidive importants, où la chirurgie mini-invasive assistée par des techniques de détection et d'imagerie est cruciale pour identifier la maladie. L'équipe de recherche a établi une méthode d'imagerie MPM (microscopie multiphotonique) in vivo avec injection intraveineuse d'anti-HER2-PEG-QD dans un modèle animal de xénogreffe MCF. Ils ont ensuite établi un modèle murin de xénogreffe sous-cutanée de cancer du sein en injectant des cellules MCF7 et des cellules MCF/HER2 dans le flanc de souris. Après quatre semaines, lorsque le volume tumoral atteint 200 mm ³ , les scientifiques ont injecté 100 µL d'anti-HER2-PEG-QD et observé les QD de FeSe sous la forme d'un signal magenta. Ils ont ensuite obtenu des signaux 2PL à différentes profondeurs dans la zone tumorale à intervalles réguliers. Le signal de génération de deuxième harmonique (SHG) est apparu en bleu pour représenter le collagène dans la zone superficielle et les scientifiques ont distingué le signal PL des QD près des cellules cancéreuses du sein.