Développement de la prochaine génération de sondes émettant dans le Swir pour la bio-imagerie – SIREN

Les défis et les objectifs actuels de l'étude des phénomènes physiopathologiques et des processus liés aux maladies chez les organismes vivants par bioimagerie optique non invasive sont de réaliser une pénétration tissulaire profonde tout en maintenant une sensibilité de détection élevée et une haute résolution spatiale et temporelle. Une fenêtre spectrale prometteuse pour un contraste élevé, une haute sensibilité et une haute résolution spatiale en imagerie des petits animaux est l'infrarouge à ondes courtes (SWIR) entre ~900 et 2500 nm où la diffusion, l'absorption et l'autofluorescence des tissus sont fortement réduites par rapport au visible (400-650 nm) et au proche infrarouge (~700-900 nm). La pleine exploitation du SWIR est actuellement limitée par i.) un manque d'agents de contraste appropriés ayant un rendement quantique (PL QY) de photoluminescence (PL) élevé et une luminosité élevée, qui peuvent être utilisés en toute sécurité in vivo et ii.) un manque de données quantitatives et fiables sur les propriétés optiques de nombreux émetteurs SWIR. Cela limite le contraste réalisable, la résolution spatiale et temporelle et la comparabilité des performances des émetteurs, ce qui entrave la conception rationnelle de nouveaux agents de contraste SWIR.
Visant une haute résolution spatiale et temporelle (c'est-à-dire une acquisition rapide des images) du réseau vasculaire en imagerie PL (PLI) des animaux, des experts allemands et français en spectroscopie optique quantitative, en photophysique, en conception de sondes et en imagerie optique ont uni leurs forces pour développer de nouveaux agents de contraste SWIR et des méthodes avancées d'analyse d'images. Par conséquent, nous allons concevoir de manière rationnelle des rapporteurs SWIR brillants utilisant des nanoclusters d'or (AuNCs) de précision atomique et des points quantiques (QDs) sans métaux lourds comme les QDs Ag2S avec des propriétés optiques améliorées et les caractériser spectroscopiquement en solution, des modèles artificiels imitant les tissus, et des petits animaux. Les stratégies visant à améliorer la sensibilité de détection et la résolution seront abordées i.) en comparant différentes fenêtres spectrales dans le SWIR, en considérant ainsi les propriétés d'absorption et de diffusion de la tis¬sue qui dépendent de la longueur d'onde, et ii.) en préparant des AuNCs multimériques pour accorder le PL et la luminosité. En parallèle, le multiplexage spectral dans le SWIR avec ces émetteurs sera étudié. Les agents de contraste les plus performants et " biologiquement sûrs " seront évalués chez la souris afin de déterminer leur potentiel pour la PLI SWIR de la vascularisation des organes. La résolution spatiale et les rapports signal/bruit seront quantifiés, en utilisant différentes méthodes d'analyse d'images, ce qui permettra d'améliorer le contenu en information des données PL pour résoudre les flux sanguins et lymphatiques. Les résultats i.) fourniront des émetteurs SWIR brillants et " sûrs " et des méthodes avancées d'analyse d'images, permettant une imagerie profonde non invasive en temps réel des réseaux vasculaires et une cartographie 3D des flux de fluides chez les animaux vivants pour mieux comprendre les mécanismes de l'angiogenèse normale et pathologique, ii.) fourniront des données quantitatives et fiables sur les principales caractéristiques spectroscopiques pertinentes pour le signal des différents rapporteurs SWIR dans des environnements biologiquement pertinents, iii.) permettront de corréler ces caractéristiques et la performance des sondes dans les SWIR PLI, et iv.) aideront à standardiser les mesures SWIR PL.