Les nanotubes de carbone comme nouveaux marqueurs biologiques

Les nanotubes de carbone presentent une fluorescence dans le proche
infra-rouge, domaine spectral dans lequel les tissus humains et les fluides
biologiques sont transparents et ne fluorescent generalement pas. Cette
propriete est particulierement interessante car elle offre la possibilite de
detecter des nanotubes dans les tissus biologiques, et d’en faire ainsi des
marqueurs tres utiles pour l’imagerie medicale. Encore faut-il que les
nano-objets en question ne soient pas nocifs pour les cellules vivantes. Ces
questions font l’objet de recherches approfondies a l’Universite de Rice, a
Houston, en collaboration avec le University of Texas Health Science Science La science est désormais l’affaire de tous. Découvrez la science d’une manière ludique et active. Nous vous proposons d’en découvrir plus sur nos expéditions à la voile, découverte du plancton. Center
et le Texas Heart Institute. Les premiers travaux realises par ces equipes
ont montre qu’il etait possible de detecter selectivement de faibles
concentrations de nanotubes de carbone dans des cultures cellulaires de
laboratoire. En effet, en utilisant un microscope equipe pour la
fluorescence infra-rouge, il est possible de localiser avec precision les
nanotubes a l’interieur des cellules en enregistrant leur luminescence, qui
ne se trouve pas degradee par le milieu ambiant, ni par leur incorporation
dans les cellules. Ainsi, leurs travaux permettent-ils de montrer que des
globules blancs incubes en presence de solutions diluees de nanotubes
traitent ces nano-objets comme toute autre particule extra-cellulaire, en
les absorbant et en les isolant dans un phagosome. Par ailleurs, on ne
constate pas de changement detectable dans les proprietes des cellules
concernees, telle que forme, vitesse de croissance ou proprietes d’adhesion.
Il est bien evident que des etudes plus poussees et a long terme sont
necessaires sur la toxicite et la bio-distribution des nanotubes avant que
l’on puisse envisager de les utiliser dans des tests medicaux, mais ces
resultats montrent d’ores et deja qu’ils peuvent etre exploites comme
marqueurs luminescents dans des etudes in vitro, en particulier dans les
situations ou les phenomenes de blanchiment et de degradation des marqueurs
traditionnels deviennent problematiques.
Ces memes proprietes de fluorescence des nanotubes peuvent etre exploitees
pour la realisation de capteurs biologiques. C’est ainsi que des chercheurs
de l’Universite d’Illinois-Urbana /Champaign ont utilise des nanotubes de
carbone monoparoi fonctionnalises pour mesurer le niveau de glucose dans le
sang. La premiere etape consiste a recouvrir la surface du nanotube par une
monocouche d’enzyme, la glucose oxydase. L’enzyme joue ainsi un double role,
tout d’abord celui d’empecher l’agglomeration des nanotubes entre eux,
phenomene qui se produit generalement en milieu aqueux, et ensuite d’offrir
un site d’ancrage pour le glucose. L’etape suivante est d’accrocher des ions
ferricyanures a la surface du nanotube, ce qui reste possible a travers la
monocouche poreuse de glucose oxydase. Quand le glucose est absorbe par
l’enzyme, il y a production de peroxyde d’hydrogene lequel forme rapidement
un complexe avec le ferricyanure et modifie ainsi la structure electronique
du nanotube, et donc ses proprietes optiques : plus la quantite de glucose
absorbe est importante, plus la fluorescence est intense. Le capteur realise
par les chercheurs est constitue d’un simple tube capillaire de 200 microns
dans lequel ont ete scelles les nanotubes et qui peut etre insere dans
l’epiderme, de sorte que les molecules de glucose peuvent diffuser dans le
capillaire sans deplacer les nanotubes. La reponse optique du capillaire
dans le proche infra-rouge permet ensuite de determiner la concentration
locale de glucose. L’avantage de ce type de capteur fonctionnant dans une
gamme de longueur d’onde hors du spectre d’absorption des objets biologiques
permet d’envisager de l’utiliser dans des tissus epais ou dans le milieu
sanguin, dans la mesure ou le signal optique sera capable de se propager sur
plusieurs centimetres. Un autre interet est qu’on n’observe pas de
degradation de l’emission des nanotubes comme c’est le cas avec les
molecules organiques fluorescentes, de sorte que ces capteurs optiques a
nanotubes pourront etre utilises pour des analyses de longue duree.