Le journal du cnrs numéro 21 Avril 2008

Imagerie Trois nanos stars des écrans

Qu'on se le dise : les nanotechnologies font actuellement une entrée fracassante dans le domaine de l'imagerie médicale. Grâce entre autres à ces trois recherches récentes, qui ont abouti à de nouvelles nanoparticules adaptées à l'exploration du vivant. Formées de quelques centaines à quelques milliers d'atomes, les nanoparticules mesurent moins de 100 nanomètres, soit au moins mille fois moins que l'épaisseur d'un cheveu. Mais leur intérêt pour les biologistes est énorme : grâce à leur fluorescence détectée à l'aide de microscopes électroniques ou d'autres technologies d'imagerie (endoscopie par exemple), elles permettent de marquer les cellules vivantes pour suivre leur trajet dans l'organisme, de pister le trafic de molécules dans une cellule, etc. ; et ainsi de mieux comprendre le fonctionnement du vivant et ses maladies. Seulement voilà, les nanoparticules existantes sont loin d'être parfaites : certaines n'émettent pas de la fluorescence en continu, d'autres sont toxiques, etc. Bonne nouvelle pour les biologistes : récemment, trois équipes CNRS ont réussi à fabriquer indépendamment de nouvelles nanoparticules ne présentant pas ces défauts. Obtenus coup sur coup, ces nouveaux marqueurs devraient permettre de peaufiner l'imagerie biologique et médicale. En Île-de-France, des chercheurs du Groupe d'études de la matière condensée (Gemac) (Groupe CNRS Université Versailles St-Quentin) et du Laboratoire « Photons et matière » (LPEM) du CNRS ont ainsi réalisé une avancée capitale concernant des nanoparticules appelées « nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux ». « Jusque-là, ces particules composées d'atomes de cadmium, sélénium, etc., présentaient un grand défaut : leur fluorescence “clignotait”, c'est-à-dire alternait entre des états brillants et des états noirs qui pouvaient durer une minute… Ce qui rendait très difficile, par exemple, le suivi du trajet d'une molécule dans une cellule. Mais grâce à nos travaux publiés en août dans la revue Nature Materials, nous sommes arrivés à mettre fin à ce scintillement gênant !», s'enthousiasme Jean-Pierre Hermier, chercheur du Gemac. « Pour élaborer ces nanoparticules, précise Benoît Dubertret, du LPEM à Paris, nous avons dû développer une méthode de synthèse chimique permettant d'entourer le cœur du nanocristal d'une coquille cristalline épaisse de 5 nm au lieu de 1 nm pour la coquille standard. » Un tour de force que tentaient de réaliser différentes équipes depuis déjà… dix ans ! Cela faisait aussi une décennie que plusieurs équipes tentaient d'obtenir les nanoparticules développées par Vladimir Lysenko et ses collègues à l'Institut des nanotechnologies de Lyon (INL) (Institut CNRS Insa Lyon École Centrale de Lyon Université Lyon 1) ! Eux, ont montré pour la première fois qu'il est possible d'utiliser des nanoparticules de carbure de silicium comme marqueurs fluorescents des cellules vivantes. Des travaux publiés récemment dans la revue Applied Physics Letters. « Nos particules (Elles ont été développées lors de la thèse de Jacques Botsoa, qui a étudié leurs propriétés luminescentes avec Jean-Marie Bluet, maître de conférences à l'Insa de Lyon) ont plusieurs avantages par rapport aux nanoparticules déjà connues et basées sur les “semi-conducteurs II-VI” (à base de l'élément tellure, Te, et de cadmium, Ca). Elles ne sont pas toxiques pour les êtres vivants, et ne se décomposent pas quand on les éclaire », précise Vladimir Lysenko. « Pour y arriver, il nous a fallu beaucoup de travail, et plein d'échecs… Mais on ne s'est pas découragés !», commente Alain Géloën, co-auteur. Qui termine : « Des chercheurs italiens souhaitent déjà utiliser nos particules pour marquer des cellules cancéreuses, afin d'injecter ensuite ces dernières à un animal et ainsi mieux suivre la progression du cancer. » « Les nanoparticules mises au point par mon équipe devraient aussi permettre une détection plus précise des cellules tumorales dans l'organisme, enchaîne Jean-Olivier Durand, à l'Institut Charles Gerhardt (Institut CNRS Université Montpellier 2 ENSCM), à Montpellier. Et à plus long terme, nous espérons les utiliser également pour traiter les malades de façon plus ciblée ; ceci en incorporant dans les nanoparticules des médicaments qu'elles achemineraient jusqu'aux cellules cancéreuses. » De quoi s'agit-il ici ? De nanoparticules de silice poreuses encapsulant des molécules formées de carbones : des « nanoparticules biphotoniques », obtenues lors de travaux publiés en mars dans la revue Chemistry of Materials. Leur atout majeur ? Elles deviennent fluorescentes avec des ondes situées dans le domaine proche infrarouge. « Comme les infrarouges pénètrent plus profondément dans les tissus et sont moins énergétiques que les longueurs d'onde ultraviolettes, nos nanoparticules permettent d'explorer plus profondément les tumeurs sans endommager les tissus. De plus, elles promettent une résolution spatiale en 3D. De quoi détecter et, à terme, traiter de façon plus précise les cellules tumorales », conclut Jean-Olivier Durand.

Kheira Bettayeb

Contact

> Benoît Dubertret, [e-mail]

> Jean-Pierre Hermier, [e-mail]
> Vladimir Lysenko, [e-mail]
> Jean-Olivier Durand, [e-mail]

Retour

Environnement Des plantes dans les pas des hommes

Mauvaises herbes et fermiers font finalement bon ménage. Ils auraient même entamé une association de longue date ! En effet, il y a dix mille ans, l'arabette des dames (Arabidopsis thaliana) aurait accompagné l'expansion de l'agriculture en Europe, en profitant des perturbations écologiques provoquées par ces activités nouvelles. C'est la conclusion de l'étude menée par une équipe de biomathématiciens du laboratoire TIMC-Imag, à Grenoble (Techniques de l'ingénierie médicale et de la complexité-Informatique, mathématiques et applications de Grenoble : Laboratoire CNRS Université Grenoble 1 Institut national polytechnique Grenoble École pratique des hautes études Paris ENV Lyon), en collaboration avec des chercheurs américains de l'université du Michigan. En comparant la diversité génétique observée dans des populations européennes d'Arabidopsis à celle reproduite par des simulations numériques, les chercheurs ont montré que cette plante, très étudiée par les scientifiques, avait commencé son expansion européenne il y a environ 10 000 ans à partir d'une région proche de la mer Noire et ce, à une vitesse d'environ 0,9 kilomètre par an. « Or ces trois paramètres correspondent à l'origine spatio-temporelle et à la vitesse d'expansion de l'agriculture en Europe », explique Olivier François, l'auteur principal de cette étude. L'histoire de cette plante aurait ainsi gardé la trace d'évènements démographiques humains datant de la Préhistoire. Un bel exemple d'impérialisme écologique. Cette théorie popularisée dans les années 1980 par l'historien américain Alfred Crosby veut que les migrations des Européens aient été accompagnées par des mouvements de colonisation de nombreuses espèces ayant co-évolué avec l'homme. Et si ces résultats semblent en contradiction avec la théorie largement établie selon laquelle de nombreuses espèces ont, il y a environ 20 000 ans, recolonisé l'Europe à partir de refuges méridionaux (Espagne, Sud de l'Italie, etc.) préservés lors de la période glaciaire, Olivier François tempère : « Rien n'empêche de penser que cette colonisation post-glaciaire a également eu lieu pour Arabidopsis mais qu'une seconde vague de colonisation a masqué les empreintes génétiques de la première. »

Coralie Hancok

Contact Olivier François [e-mail]

Retour