Des nanoparticules organiques ultra-brillantes pour l’imagerie biologique en profondeur

Dans le cerveau, l’espace extracellulaire entourant les neurones et les cellules « gliales » qui les environnent contient des ions, des protéines et diverses autres molécules essentielles à leur fonctionnement. Malgré sa contribution majeure au fonctionnement du cerveau, l’espace extracellulaire reste peu exploré, principalement en raison de l’absence des techniques suffisamment performantes pour obtenir des images en profondeur.

Pour réaliser des images en profondeur de cette zone du cerveau, on utilise l’imagerie par fluorescence qui nécessite l’introduction dans l’espace extracellulaire de nanoparticules fluorescentes stables, très brillantes et qui émettent dans un domaine de longueurs d’onde élevées (i.e. dans le rouge voir la proche IR) pour que le rayonnement qu’elles émettent ne soit pas trop absorbé ou diffusé par les tissus environnants et que l’on puisse ainsi l’observer. Jusqu’à présent, seules des nanoparticules inorganiques fluorescente telles que les quantum-dots (QD), potentiellement toxiques quand ils contiennent des métaux lourds, ou les nanotubes de carbones (NTC), répondaient à ce cahier des charges. Mais ils présentent une limitation de taille : n’étant pas intrinsèquement solubles dans l’eau, les QD et NTC doivent être fonctionnalisés en surface ou recouverts d’une couche de polymères pour être utilisables en bio-imagerie.

Alliant leurs expertises en chimie, photonique et neurosciences, des scientifiques de l’Institut des sciences moléculaires, du Laboratoire photonique numérique et nanosciences et de l’Institut Interdisciplinaire de Neurosciences ont synthétisé de nouvelles nanoparticules entièrement organiques dans le but d’observer cette zone extracellulaire dans des coupes de cerveau de rats. Ces nanoparticules ont été développées à partir de molécules organiques fluorescentes dont la structure chimique permet spécifiquement de répondre aux besoins de la bio-imagerie. En effet, ces molécules absorbent fortement la lumière et la réémettent dans le rouge. Leur design a été optimisé pour limiter les interactions intermoléculaires qui pourraient être délétères à leur fluorescence lors de leur agrégation en nanoparticules. Nanoparticules non toxiques, elles sont solubles dans l’eau, donc faciles à mettre en œuvre.

Les scientifiques ont montré que, bien que de toute petite taille, elles présentent une brillance exceptionnelle, supérieure à celle des nanoparticules fluorescentes actuellement utilisées en bio-imagerie et une photostablité bien meilleure que celle des colorants fluorescents. Grâce à ces propriétés et à leur furtivité, elles ont permis de sonder l’espace extracellulaire de tranches de cerveau de rats jusqu’à 150 µm de profondeur, profondeur supérieure à celle atteinte avec des QD. Ces travaux pionniers ouvrent des perspectives pour le design d’outils fluorescents entièrement organiques pour l’imagerie de tissus en profondeur, et notamment pour l’étude de l’espace extracellulaire du cerveau. 

Rédacteur : CCdM