Des réseaux organométalliques pour l’émission proche-infrarouge des lanthanides

Résultats scientifiques

Agents luminescents proche-infrarouge prometteurs pour l’imagerie médicale, les composés de lanthanides renseignent sur la structure et le fonctionnement d’échantillons biologiques. Afin d’absorber suffisamment de lumière pour commencer à émettre la leur, ils peuvent être sensibilisés par des antennes moléculaires. Des chercheurs du Centre de biophysique moléculaire et de l'Université de Pittsburgh (USA) ont donc conçu un système chimique tridimensionnel, appelé réseau organométallique, composé de lanthanides et de molécules organiques. Il comporte des cavités rigides à l’intérieur desquelles les antennes sont directement synthétisées. Publiés dans Journal of American Chemical Society, ces travaux fonctionnent dans les conditions réelles de l’imagerie biomédicale sur cellules vivantes.

Des méthodes d’imagerie biologiques optiques, comme la microscopie, la macroscopie d’organes et la chirurgie assistée par imagerie, nécessitent des agents fluorescents proche-infrarouges, car leurs signaux sont facilement détectables. Les composés à base de lanthanides, aussi appelés terres rares, émettent de la lumière très intéressante, apparaissant sous forme de bandes d’émission étroites. Cette caractéristique rend la luminescence des lanthanides beaucoup plus facile à filtrer et à détecter par les microscopes et autres appareils. Mais, les lanthanides nécessitent une grande quantité de lumière avant d’émettre la leur, et ont donc besoin d’être sensibilisés par la lumière qu’ils reçoivent afin d’être utilisés. Des chercheurs du Centre de biophysique moléculaire et de l’université de Pittsburgh (USA) y sont parvenus en générant, à l’intérieur d’un réseau organométallique de lanthanides, des molécules fonctionnant comme des antennes pour les aider à mieux absorber la lumière.

Le réseau organométallique se présente sous la forme d’une grille tridimensionnelle rigide, où des molécules organiques maintiennent densément en place les atomes de lanthanides. Ces réseaux organométalliques forment des cavités, très souvent exploitées pour stocker des gaz. Les scientifiques ont utilisé ces espaces pour générer in situ les antennes moléculaires qui sensibilisent les lanthanides. Les chimistes ont pour cela créé une approche innovante et un système pour synthétiser des antennes, à base d’unités acétylène, directement à l’intérieur des cavités. En effet, à la manière de la construction d’une maquette de bateau dans une bouteille, cette méthode peut être plus efficace que de les concevoir à l’extérieur, puis d’essayer de les faire entrer dans les cavités. Les chercheurs ont ensuite montré que leur réseau ne se désagrégeait pas dans l’eau ou dans les milieux biologiques utilisés pour les expériences avec des cellules vivantes, ce qui signifie qu’il est bien adapté aux applications visées d’imagerie biomédicale.

 

 

L’ajout d’antennes dans le réseau organométallique et son impact sur la lumière. © Muldoon et al.

Référence :

Patrick F. Muldoon, Guillaume Collet, Svetlana V Eliseeva, Tian-Yi Luo, Stephane Petoud, and Nathaniel L Rosi. Ship-in-a-bottle preparation of long wavelength molecular antennae in lanthanide metal-organic frameworks for biological imaging. J. Am. Chem. Soc., 2020.

DOI : 10.1021/jacs.0c01426

Contact

Stéphane Petoud
UPR4301 Centre de biophysique moléculaire (CBM)
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS