Un nouveau capteur quantique offre une nouvelle approche du diagnostic précoce par imagerie – Technoguide

L’oxygène est essentiel à la vie humaine, mais dans le corps, certaines conditions environnementales biologiques peuvent transformer l’oxygène en molécules agressivement réactives appelées espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui peuvent endommager l’ADN, l’ARN et les protéines. Normalement, le corps s’appuie sur des molécules appelées antioxydants pour convertir les ROS en espèces chimiques moins dangereuses grâce à un processus appelé réduction. Mais des modes de vie malsains, diverses maladies, le stress et le vieillissement peuvent tous contribuer à un déséquilibre entre la production de ROS et la capacité du corps à les réduire et à les éliminer. Les niveaux excessifs de ROS qui en résultent provoquent un «stress oxydatif», qui peut perturber les fonctions cellulaires normales et augmenter le risque de maladies comme le cancer, la neurodégénérescence, le dysfonctionnement rénal et autres, qui s’accompagnent toutes d’une inflammation sévère.

Le stress oxydatif étant associé à diverses maladies graves, sa détection dans les organes vivants offre une voie vers un diagnostic précoce et un traitement préventif, et constitue donc un sujet d’un intérêt considérable pour les scientifiques travaillant dans le domaine de la biomédecine. Une récente collaboration internationale entre les Instituts nationaux japonais pour les sciences et technologies quantiques et radiologiques (QST), l’Académie bulgare des sciences et l’Université de Sofia St.Kliment Ohridski en Bulgarie a conduit à une technologie prometteuse à cet effet: un nouveau capteur quantique. Leurs travaux sont publiés dans la revue scientifique Analytical Chemistry, 2021.

Selon la scientifique principale Dr. Rumiana Bakalova et son collègue Dr. Ichio Aoki de QST, “le nouveau capteur est approprié pour le diagnostic précoce des pathologies accompagnées d’inflammation, telles que les maladies infectieuses, le cancer, la neurodégénérescence, l’athérosclérose, le diabète et la dysfonction rénale. . “

Le capteur comprend un noyau de point quantique – semi-conducteur – recouvert d’un composé de type sucre en forme d’anneau appelé ß-cyclodextrine, qui à son tour est lié à six groupes chimiques sensibles à l’oxydoréduction appelés dérivés nitroxyde. Ces composants présentent l’avantage de profils de sécurité favorables, les cyclodextrines étant approuvées pour une utilisation dans les aliments et les dérivés nitroxyde étant généralement considérés comme inoffensifs pour les êtres vivants en raison de leurs propriétés antioxydantes.

Les dérivés nitroxyde font que le capteur donne des signaux de fluorescence ON lorsqu’il est dans un état réduit et donne des signaux magnétiques ON lorsqu’il est dans un état oxydé. Cela permet la détection du stress oxydatif, ou d’une capacité cellulaire / tissu réduite, en utilisant des méthodes telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et l’imagerie paramagnétique électronique (EPR), qui peuvent détecter des signaux magnétiques. Le capteur chimique est également lié à un composé appelé triphénylphosphonium, qui aide le capteur à pénétrer dans les cellules vivantes et à se diriger vers les mitochondries, qui sont les composants cellulaires les plus souvent responsables de la génération de ROS, en particulier dans des conditions pathologiques.

Pour tester leur nouveau capteur chimique, les scientifiques ont d’abord effectué des expériences avec des cultures de cellules normales (saines) et cancéreuses du côlon en laboratoire. Pour cela, ils ont utilisé leur capteur sous forme oxydée. Dans les cellules saines, les signaux EPR ont été désactivés; mais dans les cellules cancéreuses, ils sont restés forts. Cela indique que les capteurs ont été réduits dans les cellules saines par les antioxydants mais sont restés dans leur état oxydé dans les cellules cancéreuses, ce qui suggère à son tour que les cellules cancéreuses avaient une capacité oxydante plus élevée.

Pour tester davantage le capteur, les chercheurs ont mené des expériences avec des souris en bonne santé et celles qui avaient été élevées avec un régime riche en cholestérol pendant 2 mois, ce qui les a amenées à développer un dysfonctionnement rénal à un stade précoce en raison d’une inflammation persistante. Par rapport aux souris saines, les souris souffrant de dysfonctionnement rénal présentaient des signaux IRM plus forts dans leurs reins, ce qui suggère que leurs reins étaient soumis à un plus grand stress oxydatif.

Ce travail en est à ses débuts et de nombreuses recherches sont nécessaires avant que ces capteurs puissent être prêts pour un usage médical. Mais ces résultats révèlent le potentiel d’une telle technologie. Le Dr Bakalova note: «Notre capteur est adapté pour analyser même les petits déséquilibres redox associés à la surproduction de ROS, par IRM. Et si l’IRM et la tomodensitométrie par elles-mêmes ont pu diagnostiquer des lésions rénales à un stade avancé, elles visualiser les premiers stades de dysfonctionnement. L’utilisation de notre sonde pourrait aider les cliniciens à identifier les patients au stade précoce des lésions rénales avant qu’ils ne nécessitent une hémodialyse ou une transplantation rénale. Grâce à des recherches supplémentaires, notre capteur pourrait être la prochaine génération de sondes de contraste sensibles diagnostic d’un dysfonctionnement rénal et peut-être d’un certain nombre d’autres maladies accompagnées d’une inflammation. “

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