Un nouveau marqueur fluorescent pour l’imagerie in vivo In vivo imaging using quantum dots

Les quantum dots (QD) (boîtes quantiques) sont des cristaux de semi-conducteurs de forme sphérique dont les dimensions ne dépassent pas quelques nanomètres. Depuis 1993, date à laquelle ils ont été synthétisés pour la première fois [1], il a souvent été dit que ces nanoparticules apporteraient une révolution dans l’imagerie bio-médicale. Les QD ont en effet des propriétés optiques hors du commun [2] qui permettent de déplacer certaines limitations inhérentes aux marqueurs fluorescents organiques (fluorescéine, rhodamine, GFP, green fluorescent protein, etc.), comme la faible résistance au photoblanchiment (c’est-à-dire la perte d’émission de fluorescence après une certaine durée d’excitation), ou la difficulté de visualiser simultanément des colorants de couleur différente. Un QD unique peut être visualisé en fluorescence pendant plusieurs minutes, ce qui permet de pousser la détection jusqu’à la visualisation de molécules uniques. Par ailleurs, pour des raisons de confinement quantiques, la longueur d’onde d’émission des QD est directement reliée à leur taille. En effet, la « taille caractéristique » de l’onde associée à l’exciton - responsable de l’émission de fluorescence - créée dans le coeur du QD est plus grande que le QD lui-même. Ainsi, dans le cas de dots formés de CdSe/ZnS, les particules de 2 nm de diamètre émettent dans le bleu (autour de 520 nm) alors que les plus grosses (6 nm) émettent dans le rouge (autour de 620 nm). Avec la même longueur d’onde d’excitation (par exemple, 450 nm), il est ainsi possible avec un seul jeu de filtres de visualiser quatre ou cinq couleurs différentes. Malgré ces propriétés optiques attrayantes, les QD n’ont été que très peu utilisés comme marqueur fluorescent en biologie. Cela est dû aux difficultés de solubiliser les dots en milieu aqueux tout en conservant trois propriétés essentielles: une bonne fluorescence, une stabilité colloïdale et une faible adsorption non spécifique. Ce n’est que très récemment que ces conditions commencent à être satisfaites simultanément [3-5]. La difficulté vient du fait qu’après leur synthèse (obtenue par injection rapide sous atmosphère contrôlée d’un mélange de diméthyl cadmium, de sélénium et de trioctylphosphine dans une solution d’oxyde de trioctylphosphine chauffée à 350°C [1]), les QD sont recouverts de ligands hydrophobes. Pour les solubiliser dans l’eau, il faut les rendre hydrophiles tout en protégeant leur surface des charges présentes en solution (ces charges détruisent la fluorescence des QD). La stratégie employée jusqu’à présent consistait à échanger les ligands de surface avec des ligands ayant une partie hydrophile. Ces nouveaux ligands se greffent sur la surface du dot pour former une croûte monocouche [6] ou multicouche [7]. Ces méthodes permettent de rendre les dots solubles dans l’eau mais de nombreux problèmes d’adsorption non spécifique et d’agrégation apparaissent lors d’une utilisation in vitro [8]. Par ailleurs, aucune de ces méthodes ne permet d’utiliser les dotsin vivo. Récemment, nous avons montré qu’en gardant les ligands hydrophobes à la surface des dots, il était possible de les encapsuler au coeur d’une micelle (c’est-à-dire une boule de polymères orientés radialement comme les épines d’un hérisson) de phospholipides composée d’un mélange de n-poly(éthylèneglycol) phosphatidyléthanolamine (PEG-PE) et de phosphatidylcholine (PC) [3]. La stabilité de la micelle est très améliorée par la présence du QD en son coeur, probablement à cause des interactions hydrophobes entre les ligands à la surface du dot et la double chaîne hydrophobe du phospholipide. Sans QD, les micelles se dégradent au bout de quelques jours [9]. Avec QD, elles sont stables pendant plusieurs mois en solution aqueuse. Cette nouvelle méthode d’encapsulation permet d’obtenir rapidement (moins de 5 minutes) des QD-micelles régulières dont la taille, la forme et la structure sont homogènes. La présence d’une couche …