L'imagerie de fluorescence est une technique émergente dans le domaine des applications biomédicales : elle permet d'observer et suivre une cible spécifique (constituants de la cellule, agent pathogène, principe actif…) en temps réel et de manière non-invasive. Des équipes française et américaine ont mis au point, en s’appuyant sur les équipements disponibles sur la ligne DISCO, un nouveau marqueur fluorescent, non toxique et permettant d’augmenter considérablement la sensibilité de détection.
La principale limitation de l’imagerie de fluorescence est la fluorescence intrinsèque des composants biologiques (autofluorescence) qui vient parasiter le signal émis par les marqueurs employés. Utiliser la lumière proche infrarouge permet de s'affranchir de ce phénomène. En effet, ce type de lumière interagit moins avec les composants des tissus, ce qui permet d'améliorer la qualité des images et d'augmenter la sensibilité de détection. Actuellement, il existe très peu de marqueurs fluorescents efficaces pour l'imagerie biologique dans le proche infrarouge. Les quelques agents commerciaux disponibles sont très sensibles à la lumière (photoblanchiment) ou sont relativement toxiques.
La plupart des molécules à base de lanthanides émettent un signal de fluorescence très faible dans le proche infrarouge ce qui rend leur utilisation pour l'imagerie impossible. Le challenge relevé ici a été de développer un composé dont la structure va permettre de multiplier le nombre de lanthanides par unité de volume afin d'augmenter considérablement la sensibilité de détection.
Ce sont grâce à des matériaux poreux appelés MOFs (Metal-Organic Frameworks) qu’une fluorescence significative a pu être obtenue des lanthanides dans le proche infrarouge. Il a été montré que ces composés à base de lanthanides luminescents ont une faible toxicité et une bonne résistance dans l'eau, élément essentiel pour des applications en biologie.
Le nano-MOF- Yb-PVDC-3 synthétisé absorbe dans l’UV et émet dans le visible (450 nm) et le proche infrarouge (980 nm). N’ayant pas la possibilité de faire de la microscopie confocale dans le proche infrarouge, les chercheurs ont recueilli le signal émis dans le visible. Les images sont enregistrées dans une zone spectrale ou l’autofluorescence est très présente et ne suffisent pas à confirmer la présence du composé dans les cellules. La microscopie spectrale réalisée sur le microscope Polyphème de la ligne DISCO a permis de discriminer sans ambiguïté le signal d’autofluorescence des cellules de celui émis par le nano-MOF- Yb-PVDC-3. (Figure 1.)
Figure 1. Microscopie spectrale du nano-MOF-Yb-PVDC-3 dans le visible. Les cartes d’intensité de fluorescence moyenne ont été mesurées pour des cellules NIH 3T3 non traitées (A) ou après incubation avec le nano-MOF. Les spectres moyens (C) correspondent à chaque carte.
La stratégie développée a permis d'obtenir les premières images de microscopie avec des composés à base de lanthanides luminescents émettant dans le proche infrarouge en cellules vivantes (Figure 2).
Figure 2. Cellules HeLa ayant été incubées avec le nano-MOF-Yb-PVDC-3.
Ce travail est le fruit d'une recherche multidisciplinaire à l'interface entre la chimie, la biologie et la physique. Ces premiers résultats sont très prometteurs pour le développement d'agents d'imagerie efficaces dans le proche infrarouge utilisables en recherche biologique et à terme, en clinique.