NANOPARTICULES D`OR
publicité
NANOPARTICULES D’OR Qu’en attendent les biologistes ? Gérard Morel Laboratoire de Physiologie Intégrative Cellulaire et Moléculaire UMR 5123 CNRS Stéphane Roux Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents UMR 5620 CNRS Université Claude Bernard-Lyon 1 P Jak2 P P P P Jak2 P P P Jak 2 P P k2 Ja k2 P Ja P P P + Jak 2 P P - Marquage biologique Marquage de biomolécules ou d’organites cellulaires par des nanopaticules d’or Activité cellulaire thérapie détection Diagnostic Détection Détection de biomolécules marquées par des nanoparticules d’or basée sur Propriétés intrinsèques de l’or Opaque aux électrons Optiques Colorimétrie Spectroscopiques (résonance plasmon) Électrochimiques Révélation à l’argent Propriétés de molécules adsorbées sur l’or Fluorescence Électrochimique Magnétisme (IRM) Nanoparticule d’or = Plate-forme Agents de révélation pour le MET Détection de biomolécules marquées par des nanoparticules d’or Témoin antigène Contrôle MET: microscopie électronique à transmission A.B. Maunsbach & B.A. Afzelius, Biomed. Electron Microsc.,1999, Acad. Press Agents de révélation pour le MET Influence de la taille des particules Sérum anti-GH : 1/2000 57 15 100 YY Y Y Y Y Y YY 10 nm Y 15 nm 5 nm Y Nombre de particules / grain de sécrétion : A.B. Maunsbach & B.A. Afzelius, Biomed. Electron Microsc.,1999, Acad. Press Agents de révélation pour le MET latensification à l’argent X nm antigène A.B. Maunsbach & B.A. Afzelius, Biomed. Electron Microsc.,1999, Acad. Press Propriétés optiques des nanoparticules d’or Aucune luminescence intrinsèque mais des propriétés optiques particulières Section efficace de diffusion élevée Large bande d’absorption autour de 520 nm pour des particules de taille > 2 nm 1,6 60 nm Absorbance (a.u.) 1,2 5 nm 0,8 0,4 0 400 Agents de contraste pour l’imagerie optique dans les cellules vivantes 500 600 700 wavelength (nm) Sensible aux variations de taille tests colorimétriques 800 Agents de contraste pour l’imagerie photonique Nanoparticules d’or fonctionnalisées par un anticorps contre une protéine transmembranaire pour le marquage spécifique cellule Marquage non spécifique utilisant des particules d’or recouvertes de BSA Sokolov, K. et al., Cancer Research 2003, 63, 1999-2004. Agents de contraste pour l’imagerie photonique Nanoparticules d’or multifonctionnelles pour le ciblage nucléaire Nanoparticules d’or citrate Ciblage nucléaire (NLS) A.G. Tkachenko, et al., Cancer Res. 2003, 63, 1999. Agents de contraste pour l’imagerie photonique Nanoparticules d’or multifonctionnelles pour le ciblage nucléaire Prérequis pour le ciblage nucléaire Entrer dans la cellule par endocytose Eviter les voies endosomales et lysosomales Posséder un signal de localisation nucléaire pour interagir avec les complexes des pores nucléaires Être suffisamment petits (<30 nm) pour passer à travers la membrane nucléaire Détection colorimétrique (1) Détection et identification de brins d’ADN Hybridation changement de couleur C.A. Mirkin et al., J. Am.Chem. Soc. 2003, 125, 1643-1654. Détection colorimétrique (1) Détection et identification de brins d’ADN Agglomération : déplacement de la bande plasmon Avantages Sondes biologiques simples à préparer Caractérisation aisée Pas de molécules organiques fluorescentes Inconvénients Détection des biomolécules possibles uniquement in vitro Ambiguïté du déplacement R. Jin, et al., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1643-1654. Détection colorimétrique (2) Tests sur bandelettes vers une application commerciale ? Poly(dA) Streptavidine Or-oligo(dT) Biot-produit PCR / oligo-poly(dA) La détection est révélée par la coloration en M La spécificité du signal est validée par la seconde bande K. Glynou et al., Anal. Chem. 2003, 75, 4155. Nanoparticules luminescentes Nanoparticule d’or _ _ _ Molécules organiques _ Dispersion dans l’eau Fluorescence _ _ Biomolécules Site de greffage pour biomolécules Sondes biologiques luminescentes Nanoparticules d’or fonctionnalisées par des brins d’oligonucléotides terminés par un fluorophore organique pour la reconnaissance et la détection spécifiques de séquences d’ADN en une seule étape. Hybridation mise en évidence par l’émission de lumière D.J. Maxwell, et al., J. Am.Chem. Soc. 2002, 124, 9606. Amplification du signal de détection (1) 35 Pour une même concentration de fluorophores Luminescenc e intensity (a.u.) 30 8.6 rhodamine/nanoparticles w ithout nanoparticles with nanoparticles A 25 S-H A 20 S 15 B 10 S S S S S S S B 0 -5 48 0 S S S 5 S 50 0 52 0 54 0 56 0 58 0 60 0 62 0 64 0 66 0 68 0 λ (nm) Un fluorophore libre est plus brillant qu’un fluorophore greffé sur l’or... ... mais la perte de brillance devrait être compensée par le grand nombre de fluorophores immobilisés sur les nanoparticules d’or. Amplification du signal de détection (1) S-H T T T T T T T T T T T Nanoparticules d’or (méthode de Frens) 8-12 nm Fluorophore thiolé S S S S S S S S S S Marquage par un grand nombre de fluorophores AMPLIFICATION ? S S S S S S S S S S S A A A A A A A A A A A S-H S T T T T T T T T T T T Brin d’oligonucléotide thiolée d(T)22 S T T T T T T T T T T T S Amplification du signal de détection (1) Sépharose + d(A)22 Nanoparticule fluorescente : or + fluorophore + d(T)22 Rhoda 1 Rhoda 5 Rhoda 10 HYBRIDATION DE d(T)22 AVEC d(A)22 Rhoda 50 Rhoda 400 Rhoda 100 Rhoda 800 Rhoda 200 Rhoda 2000 Efficace pour la détection et la reconnaissance mais inadaptées pour une étude à long terme Amplification du signal de détection (2) Coque de silice autour des cœurs d’or pour éviter la désorption des fluorophores X. Zhou & J. Zhou, Anal. Chem. 2004, 76, 5302. Nanoparticules d’or fluorescentes combinaison microscopie confocale et MET Marqueur: Au-lys-FITC Cellules: RAW264.7 macrophage Marquage des lysosomes Fluorescence due aux complexes 30 minutes Internalisation de particules d’or fluorescentes par des macrophages 3 heures R. Shukla, et al., Langmuir, 2005, 21, 10644. Sondes biologiques luminescentes Application : la délivrance de médicaments dans les cellules R. Hong, et al., J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1078. 0,5 µg Cellules surexprimant mGluR5 10 µg Cellules témoin Nanoparticules d’or contraste interférenciel photothermique lumière transmise fluorescence Détection de particules d’or uniques en microscopie photonique par photothermie Absence de photoblanchiment, d’autofluorescence, de saturation de signal Détection de biomolécules dans les cellules Suivi du trafic cellulaire photothermie Inconvénient : élévation de la température Cognet et al., PNAS, 2003, 100, 11350. Nanoparticules combinant imagerie et thérapie du cancer TEOS 1) NH4OH HAuCl4 2) APTES K2CO3, H2CO 120 nm OPS-S SiO2@Au 140 nm CO-NH PEG thiolé couplé à un anticorps dirigé contre HER2 sur-exprimé dans les cellules SKBr3 du cancer du sein SiO2@Au-anti HER2 C. Loo, et al., Nano Lett. 2005, 5, 709. Nanoparticules combinant imagerie et thérapie du cancer Destruction de la tumeur après absorption dans le proche infrarouge par SiO2@Au-antiHER2 Particule de 140 nm C. Loo, et al., Nano Lett. 2005, 5, 709. Nanoaiguilles combinant imagerie et thérapie du cancer Propriétés optiques modulables X. Huang et al., Nano Lett. 2005, 5, 709. Nanoaiguilles combinant imagerie et thérapie du cancer Diamètre du faisceau laser Destruction en masse des cellules tumorales Cellules saines affectées Destruction des cellules tumorales uniquement Aucune cellules affectées X. Huang, Nano Lett. 2005, 5, 709. Expression des gènes contrôlée à distance Expression du gène après irradiation dans le proche infrarouge C.C. Chen, et al., Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3709. Nanoparticules fonctionnalisées par des vecteurs viraux Ciblage de tumeur efficace pour Au/virus de 100:1 Thérapie génique et photothermique du cancer D.T. Curiel et al., Nano Lett. 2006, 6, 587. Domaines d’applications Utilisation des nanoparticules d’or fonctionnalisées ou non Recherche Thérapie génique Imagerie Visualisation détection Détection Thérapie Diagnostic Activité cellulaire Cancers « la chimie » Au Caractéristiques des particules • Non toxique • Stable en milieu • • • acqueux tamponé (pH : 7,4) Osmolarité Clerance métabolique Neutre vis-à-vis du système immunitaire • Durée de vie • Biologiquement – active – neutre • Détectable • Activable – Auto-activable – Stimulus extérieur « la chimie » Au cible Finalité • Ciblage – de localisation – fonctionnel • Adressage – – – – d’identification de suivi cellulaire thérapeutique … Merci pour votre attention
