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En route vers la nanothéranostique
La nanothéranostique est un domaine de pointe de la médecine qui utilise les nanoparticules pour diagnostiquer et traiter simultanément des maladies. Les ingénieurs chimistes de l'EPFL ont maintenant mis au point un nouveau système nanothéranostique qui utilise la lumière accordable pour activer ou représenter les nanoparticules, ouvrant ainsi une nouvelle voie dans ce domaine. Le travail est publié dans ACS Applied Materials and Interfaces.
Le théranostic est un domaine émergent de la médecine dont le nom est une combinaison de "thérapeutique" et de "diagnostic". L'idée derrière le théranostic est de combiner des médicaments et/ou des techniques pour diagnostiquer et traiter simultanément - ou séquentiellement - des conditions médicales, et aussi surveiller la réponse du patient. Cela permet d'économiser du temps et de l'argent, mais peut aussi éviter certains des effets biologiques indésirables qui peuvent survenir lorsque ces stratégies sont employées séparément.
Aujourd'hui, les applications du théranostic utilisent de plus en plus des nanoparticules qui unissent les molécules diagnostiques et les médicaments en un seul agent. Les nanoparticules servent de vecteurs de "cargaison" moléculaire, par exemple un médicament ou un radio-isotope pour les patients cancéreux en cours de radiothérapie, en ciblant des voies biologiques spécifiques dans le corps du patient, tout en évitant les dommages aux tissus sains.
Une fois sur leur tissu cible, les nanoparticules produisent des images diagnostiques et/ou délivrent leur cargaison. C'est la technologie de pointe de la "nanotechnologie", qui est devenue un axe de recherche majeur, mais avec de nombreuses limites à surmonter.
Aujourd'hui, le laboratoire de Sandrine Gerber à l'EPFL, en collaboration avec des physiciens de l'Université de Genève, a développé un nouveau système nanothéranostique qui surmonte plusieurs problèmes avec les approches précédentes. Le système utilise des "nanoparticules harmoniques" (HNPs), une famille de nanocristaux d'oxydes métalliques aux propriétés optiques exceptionnelles, en particulier leur émission en réponse à l'excitation de la lumière ultraviolette à infrarouge, et leur haute photostabilité. C'est cette caractéristique qui a amené les HNPs dans la nanotechnologie, lorsque les scientifiques essayaient de résoudre certains problèmes avec des sondes fluorescentes.
"La plupart des systèmes nanothéranostiques activés par la lumière ont besoin de lumière UV à haute énergie pour exciter leurs échafaudages photoréactifs ", explique Gerber. "Le problème, c'est qu'il en résulte une faible profondeur de pénétration et peut endommager les cellules et tissus vivants, ce qui limite les applications biomédicales."
Le nouveau système mis au point par le groupe de Gerber permet d'éviter ces problèmes en utilisant des HNP de bismuth-ferrite recouverts de silice et fonctionnalisés avec des cargaisons moléculaires en cage sensibles à la lumière. Ces systèmes peuvent être facilement activés avec de la lumière proche infrarouge (longueur d'onde 790 nanomètres) et imagés à plus grande longueur d'onde pour les processus de détection et de libération de médicaments. Ces deux caractéristiques rendent le système médicalement sûr pour les patients.
Une fois la lumière déclenchée, les HNP libèrent leur cargaison - dans ce cas, le L-tryptophane, utilisé comme modèle. Les scientifiques ont surveillé et quantifié la libération à l'aide d'une technique combinant chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse, couvrant la partie imagerie-diagnostic du système nanotheranostic.
Les auteurs affirment que " ces travaux constituent une étape importante dans le développement de plates-formes de nanoparticules permettant l'imagerie découplée en profondeur tissulaire et la libération à la demande de produits thérapeutiques ".
Autres contributeurs
- Université de Genève
- Oncotheis
- Épithélix
- Université Savoie Mont-Blanc
France-Switzerland Interreg program (Interreg fédéral, Vaud state, Geneva state)
Jérémy Vuilleumier, Geoffrey Gaulier, Raphaël De Matos, Daniel Ortiz, Laure Menin, Gabriel Campargue, Christophe Mas, Samuel Constant, Ronan Le Dantec, Yannick Mugnier, Luigi Bonacina, Sandrine Gerber-Lemaire. Two-photon triggered photorelease of caged compounds from multifunctional harmonic nanoparticles. ACS Applied Materials and Interfaces 05 July 2019. DOI: 10.1021/acsami.9b0795