Suivi des interactions biologiques par détection optique ultrasensible à base de nanoparticules – NEUTRINOS

La détection de photoluminescence (PL) est une technique standard dans l'analyse biologique et chimique, qui allie les avantages de facilité d’usage, de rapidité de mesure, de faibles coûts, d'une très haute sensibilité et d'une polyvalence inégalée. Ces nombreux bénéfices ont ouvert un large champ d'applications en biodétection avec l'utilisation d'appareils électroniques grand public et de diagnostic sur les lieux de soin. Motivé par les exigences croissantes en terme de sensibilité, de spécificité, de précision, de reproductibilité et de détection multiparamétrique pour la quantification de concentrations infimes de cibles biologiques et de leurs interactions, la combinaison des nanoparticules (NPs) luminescentes et des processus de transfert d'énergie résonants (FRET) apparait comme une alternative prometteuse pour accroitre encore les capacités d'analyse biologique.
La combinaison des complexes luminescents de lanthanides (Ln) et des boîtes quantiques (QD) appliquée au FRET peut fournir des propriétés optiques extraordinaires avec de nombreux avantages pour développer des biocapteurs multiplexés, sensibles et polyvalents. L’inconvénient principal des sondes à base de Ln est leur brillance limitée (< 50000 M-1cm-1) en raison des très faibles absorptions des ions Ln. Ceci peut être partiellement surmonté par la conception de complexes moléculaires contenant des ligands photo-sensibilisateurs, fonctionnant comme antennes à photons, ou par dopage de nombreux ions Ln dans des NPs.
Dans le cas particulier des processus de FRET, fortement dépendants de la distance entre donneur et accepteur d'énergie, les Ln-NPs possèdent un second inconvénient. Seuls les ions Ln proches de la surface des NPs sont utiles pour le FRET. Les ions de cœur contribuent à la PL mais pas au FRET.
Pour les biocapteurs luminescents leurs applications sont encore limitées par l'indisponibilité d'émetteurs proche infrarouge (NIR) brillants et stables. La gamme NIR est très importante pour les biocapteurs, car elle permet d’atteindre de plus grandes profondeurs de pénétration dans des tissus et réduit de manière significative l'auto-fluorescence des composants biologiques endogènes et la diffraction de la lumière. Les fluorophores organiques et les QDs NIR sont limités par leurs rendements quantiques relativement faibles. En outre, les QDs contiennent souvent des éléments hautement toxiques et peuvent donc être problématiques comme biocapteurs pour les cellules vivantes ou l'imagerie in-vivo. Un aspect probablement encore plus important est le manque de sondes NIR ratiométriques. La détection ratiométrique, dans laquelle le rapport de PL de sonde spécifique et non-spécifique de l'analyte est mesuré, est d'une importance capitale pour s'affranchir des variations d'intensité de PL dépendantes de l'environnement ou des conditions de mesure.
Le projet NEUTRINOS à pour objectif d'avancer significativement au-delà de l'état de l'art en proposant deux nouveaux types de nanomatériaux. Ces nouvelles NPs combinent des ions Ln et des QDs pour obtenir des biocapteurs innovants en FRET et en imagerie ratiométrique. La fixation d'antennes photo-sensibilisatrice à la surface des Ln-NPs conduira à une excitation efficace des ions Ln de surface, ce qui permettra d'amplifier l’absorbance des Ln-NPs et de réaliser un FRET surfacique très efficace. La fixation supplémentaire de molécules de reconnaissance biologique et l'utilisation d'accepteurs QD conduiront à un multiplexage fortement amélioré pour le diagnostic clinique. La seconde approche visera le développement de NPs cœur/coquille QD/Ln, dans lesquelles le noyau QD sera protégé de l'environnement par une coquille dopée avec des Ln, qui sera en contact avec l'environnement. La PL NIR des Ln sera utilisée pour la détection spécifique de l'analyte, tandis que la PL inaffectée des coeurs QDs servira de référence pour la détection ratiométrique hautement reproductible dans des cellules vivantes et en l’imagerie in vivo.