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Application comme sondes biologiques :

par Anne-Marie, Poggi Mélanie - publié le , mis à jour le

Participants :
Thierry Gacoin, Mouna Abdesselem (en thèse co-encadrée LOB/PMC)

Collaborateurs :
Antigoni Alexandrou, Cedric Bouzigues, LOB - Groupe Nanoimagerie et Dynamique Cellulaire, Ecole Polytechnique

Publications :
[1]. Giaume, D. et al. Organic Functionalization of Luminescent Oxide Nanoparticles toward Their Application As Biological Probes. Langmuir 24, 11018–11026 (2008).
[2]. Turkcan, S. et al. Observing the confinement potential of bacterial pore-forming toxin receptors inside rafts with nonblinking Eu(3+)-doped oxide nanoparticles. Biophys. J. 102, 2299–308 (2012).
[3]. Casanova, D. et al. Single europium-doped nanoparticles measure temporal pattern of reactive oxygen species production inside cells. Nat. Nanotechnol. 4, 581–5 (2009).
[4]. Abdesselem, M. et al. Multifunctional rare-Earth vanadate nanoparticles : luminescent labels, oxidant sensors, and MRI contrast agents. ACS Nano 8, 11126–37 (2014).

Nous développons des nanoparticules d’oxydes dopés aux terres rares pour diverses applications en biologie. Ces particules ont généralement des propriétés remarquables pour des applications en microscopie pour la biologie : elles sont photostables, ne clignotent pas, ont une émission fine, un important décalage de Stokes et un long temps de vie de luminescence.
Les particules de Y0.6Eu0.4VO4 sont utilisées comme marqueurs luminescents pour le suivi de molécules uniques. Ces particules sont enrobées d’une couche de silice et d’un silane (APTES) qui permet ensuite le greffage de biomolécules à leur surface1. Nous montrons ci-dessous l’exemple du suivi de la toxine epsilon à proximité de son récepteur membranaire sur des cellules MDCK (Madin-Darby canine kidney). Le suivi de trajectoires longues (20 minutes-1h), possible grâce à la photostabilité des nanoparticules, permet d’inférer le potentiel auquel est soumise la toxine et de caractériser ainsi sont interaction avec son récepteur[2].

Suivi de récepteurs uniques à l’aide de particules de Y0.6Eu0.4VO4. (A) Microscopie de fluorescence de récepteurs uniques sur la membrane de cellules MDCK, marquage par particules de Y0.6Eu0.4VO4. (B) Exemple d’une trajectoire reconstituée. (C) Champ de potentiel auquel est soumise la toxine décrivant la trajectoire montrée en B.

Une autre application majeure des particules de X0.6Eu0.4VO4 (X= Y ou Gd) est la détection d’espèces oxydantes dans les cellules. Les oxydants jouent un rôle primordial dans la signalisation cellulaire en tant que messager secondaire. Cependant, il a longtemps été difficile de comprendre clairement leur participation aux voies de signalisation physiologiques et leur dérégulation dans les voies pathologiques. Ceci est dû à l’absence de sondes adaptées, c’est-à-dire quantitatives, réversibles et résolues dans le temps. Nous avons montré que les propriétés de luminescence des particules de X0.6Eu0.VO4 sont modulées par la présence d’oxydants dans le milieu3,4. Nous utilisons ces particules comme sondes quantitatives et résolues de peroxyde d’hydrogène dans les cellules et nous étudions des voies de signalisation de facteurs de croissance (PDGF, Platelet Derived Growth Factor) connus pour leur dérégulation dans les cellules cancéreuses.

Détection d’oxydants à l’aide de particules de Y0.6Eu0.4VO4. (A) Recouvrement de luminescence dans les particules photo-réduites de Y0.6Eu0.4VO4 dans différentes concentrations de peroxyde d’hydrogène (B) Surface d’extraction de la concentration instantanée de peroxyde d’hydrogène en fonction de l’amplitude du signale collecté et de sa dérivée (C) Nanoparticules de Y0.6Eu0.4VO4 internalisées dans une cellule musculaire lisse vasculaire. (D) Evolution de la concentration de peroxyde d’hydrogène dans la cellule montrée en C après une stimulation avec du PDGF.