L'idée de capteurs implantables qui transmettent en continu des informations sur les valeurs vitales et les concentrations de substances ou de médicaments dans le corps a longtemps fasciné les médecins et les scientifiques. De tels capteurs permettent une surveillance constante de la progression de la maladie et du succès thérapeutique. Cependant, jusqu'à maintenant, les capteurs implantables n'ont pas été adaptés pour rester dans le corps de façon permanente et doivent être remplacés après quelques jours ou semaines.

Il y a aussi le problème du rejet de l'implant car le système immunitaire reconnaît le capteur comme un corps étranger. Avec de nombreuses technologies, la couleur du capteur, qui indique des changements de concentration, est instable et s'estompe avec le temps. Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ont développé un nouveau type de capteur implantable qui peut être implanté dans le corps pendant plusieurs mois. Le capteur est basé sur des nanoparticules d'or de couleur stable qui sont modifiées avec des récepteurs pour des molécules spécifiques. Intégré dans un tissu polymère artificiel, le nanogold est implanté sous la peau, où il signale des changements dans les concentrations de médicament en changeant sa couleur.

Le groupe de recherche du professeur Carsten Soennichsen au JGU utilise depuis de nombreuses années des nanoparticules d'or comme capteurs pour détecter de minuscules quantités de protéines dans des cellules d'écoulement microscopiques. Les nanoparticules d'or agissent comme de petites antennes pour la lumière :elles l'absorbent et la diffusent fortement, et apparaissent colorés. Ils réagissent aux altérations de leur environnement en changeant de couleur. L'équipe de Soennichsen a exploité ce concept pour la détection médicale implantée.

Pour éviter que les minuscules particules ne se dispersent ou ne soient dégradées par les cellules immunitaires, ils sont noyés dans un hydrogel poreux avec une consistance semblable à celle d'un tissu. Une fois implanté sous la peau, de petits vaisseaux sanguins et des cellules se développent dans les pores. Le capteur est intégré dans le tissu et n'est pas rejeté en tant que corps étranger. "Notre capteur est comme un tatouage invisible, pas beaucoup plus gros qu'un centime et plus fin qu'un millimètre, " a déclaré le professeur Carsten Soennichsen, chef du groupe Nanobiotechnologie à JGU. Puisque les nanoparticules d'or sont réfléchies dans la longueur d'onde infrarouge, ils ne sont pas visibles à l'œil nu. Cependant, un type spécial d'appareil de mesure peut détecter leur couleur de manière non invasive à travers la peau.

Dans leur étude publiée dans Lettres nano , les chercheurs du JGU ont implanté leurs capteurs de nanoparticules d'or sous la peau de rats glabres. Les changements de couleur dans ces capteurs ont été surveillés après l'administration de diverses doses d'un antibiotique. Les molécules de médicament ont été transportées vers le capteur via la circulation sanguine. En se liant à des récepteurs spécifiques à la surface des nanoparticules d'or, ils induisent un changement de couleur qui dépend de la concentration du médicament. Grâce aux nanoparticules d'or de couleur stable et à l'hydrogel intégrateur tissulaire, le capteur s'est avéré rester mécaniquement et optiquement stable pendant plusieurs mois.

"Nous sommes habitués au blanchiment des objets colorés avec le temps. Des nanoparticules d'or, cependant, Ne pas javelliser, mais gardent leur couleur en permanence. Comme ils peuvent être facilement recouverts de divers récepteurs, ils constituent une plateforme idéale pour les capteurs implantables, " a expliqué le Dr Katharina Kaefer, premier auteur de l'étude.

Le nouveau concept est généralisable et a le potentiel de prolonger la durée de vie des capteurs implantables. À l'avenir, Des capteurs implantables à base de nanoparticules d'or pourraient être utilisés pour observer simultanément les concentrations de biomarqueurs ou de médicaments dans le corps. De tels capteurs pourraient trouver une application dans le développement de médicaments, la recherche médicale ou la médecine personnalisée, comme la gestion des maladies chroniques.

Soennichsen a eu l'idée d'utiliser des nanoparticules d'or comme capteurs implantés en 2004, lorsqu'il a commencé ses recherches en chimie biophysique en tant que professeur junior à Mayence. Cependant, le projet n'a été réalisé que 10 ans plus tard en coopération avec le Dr Thies Schroeder et le Dr Katharina Kaefer, les deux scientifiques de JGU. Schroeder avait de l'expérience dans la recherche biologique et la science des animaux de laboratoire et avait déjà effectué plusieurs années de travail de recherche aux États-Unis.

Kaefer recherchait un sujet passionnant pour son doctorat et était particulièrement intéressée par la nature complexe et interdisciplinaire du projet. Les premiers résultats ont conduit à une bourse attribuée à Kaefer par le Max Planck Graduate Center (MPGC) ainsi qu'à un soutien financier de la Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation. "Un tel projet nécessite de nombreuses personnes avec des formations scientifiques différentes. Pas à pas, nous avons pu convaincre de plus en plus de personnes de notre idée, " a déclaré Soennichsen. En fin de compte, c'est un travail d'équipe interdisciplinaire qui a abouti au développement réussi du premier capteur fonctionnel implanté avec des nanoparticules d'or.