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Des traceurs en or pour les cellules souches dans un organisme vivant

L'application des cellules souches en médecine régénérative (MR) nécessite des méthodes efficaces de traçage des cellules. La combinaison de la nanotechnologie avec de nouvelles techniques d'imagerie a émergé comme une approche réussie pour un meilleur contrôle des cellules.
Des traceurs en or pour les cellules souches dans un organisme vivant
La thérapie basée sur les cellules souches possède un potentiel inégalé en MR pour une grande variété de maladies. Cependant, un grand nombre de thérapies à base de cellules souches échouent avant de pouvoir être converties en clinique. La capacité à tracer le destin des cellules transplantées et à contrôler l'efficacité des greffes faciliterait la traduction clinique.

Le projet NANOSTEMCELLTRACKING (Nanoparticle probes for photoacoustic tracking of stem cell), financé par l'UE, a développé une nouvelle méthode pour suivre les cellules souches in vivo à l'aide de nanotiges d'or comme labels de cellule et une technique d'imagerie appelée tomographie opto-acoustique multi-spectrale (TOMS) pour la détection.

L'application de la TOMS inclut l'irradiation de l'objet avec de la lumière pulsée dont l'absorption génère une dilatation thermique. Cela se traduit par des ondes de pression qui génèrent finalement un signal ultrason pour transformation en une image. Donc, cette technique utilise la lumière comme source d'excitation et les ultrasons pour la détection, offrant une excellente résolution à des profondeurs allant jusqu'à 5 cm à l'intérieur du tissu.

Les chercheurs ont utilisé des nanotiges en or comme agents de contraste pour la TOMS parce qu'elles présentent une forte absorption dans l'infrarouge proche, la région du spectre où l'absorption du tissu biologique est minimale.

Le stade initial du projet comprenait l'optimisation de la synthèse des nanotiges en or pour le marquage des cellules souches. En particulier, les chercheurs ont modifié des nanotiges avec des coques de silice pour éviter l'agrégation intracellulaire. Les épreuves de toxicité ont montré que les nanotiges modifiées n'étaient pas toxiques et n'affectaient pas le potentiel de différenciation des cellules souches.

L'évaluation in vivo a démontré une sensibilité extraordinaire du système de marquage et de détection des cellules entières. Elle a pu contrôler seulement 10 000 cellules marquées avec des nanotiges d'or pendant 20 jours avec une résolution de 200 micromètres. Contrairement à d'autres techniques basées sur l'optique, la TOMS permet de suivre les greffes marquées avec une excellente résolution spatiale 3D profondément à l'intérieur des tissus.

Les chercheurs ont évalué en outre le potentiel des nanotiges en or pour le marquage simultané et la détection de plusieurs populations de cellules. Ils ont utilisé des nanotiges avec un différent rapport d'aspect pour marquer différentes cellules et les ont contrôlées in vivo. La préservation des caractéristiques d'absorption des nanotiges permettait de distinguer les deux populations de cellules et d'effectuer des essais de co-localisation.

Les résultats du projet sont importants pour les domaines de l'oncologie expérimentale et clinique, qui peut bénéficier de la capacité à contrôler les cellules. La possibilité de suivre les cellules en temps réel peut aider à mieux comprendre leur potentiel immunothérapeutique ainsi qu'à optimiser la conception des médicaments.

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Mots-clés

Cellules souches, médecine régénérative, contrôle des cellules, nanotiges d'or, tomographie opto-acoustique multispectrale