Induite par laser Répartition Spectroscopy: Une nouvelle approche pour la cartographie et la quantification de nanoparticules dans les tissus d'organes

Le large développement de nanoparticules pour des applications biologiques exhorté l'amélioration parallèle de techniques analytiques pour leur quantification et de l'imagerie dans des échantillons biologiques. Habituellement, la détection et la cartographie des nanoparticules dans les organes sont fabriqués par fluorescence ou microscopie confocale. Malheureusement, ces méthodes nécessitent l'étiquetage des nanoparticules par un colorant infrarouge proche qui peut modifier la biodistribution des nanoparticules, en particulier pour de très petites nanoparticules en raison de ses propriétés hydrophobes. La détection des nanoparticules marquées, et en particulier les très petites nanoparticules (taille <10 nm), pourrait donc interférer avec leur biodistribution à toute l'échelle du corps, mais aussi au niveau de tissus et cellules. Le développement de nouveaux dispositifs capables de détecter des nanoparticules sans étiquetage offre de nouvelles possibilités pour l'étude de leur comportement et de la cinétique. En outre, le rôle des oligo-éléments tels que le fer et le cuivre dans un cerveau maladiesd maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer ^1, Menkes ^2,3, ou ⁴ Wilson suggèrent l'intérêt d'étudier et de localiser ces éléments dans les tissus.

Diverses techniques ont été utilisées pour fournir la cartographie élémentaire ou microanalyse des matériaux différents. Dans leur article de synthèse publié en 2006, R. Lobinski et al. Donne un aperçu des techniques standard disponibles pour la microanalyse élémentaire en milieu biologique, l'un des environnements les plus difficiles pour les sciences analytiques ^5. La microsonde électronique, qui se compose de dispersion d'énergie micro-analyse aux rayons X dans un microscope électronique à transmission, peut être appliquée à de nombreuses études, si la concentration de l'élément est suffisante (> 100-1000 pg / g). Pour atteindre des seuils de détection inférieurs, les techniques suivantes ont été utilisées:

• microsonde faisceau d'ions en utilisant des particules induit par émission de rayons X μ-PIXE (1-10 ug / g) ⁶
• synchrotron microanalyse de rayonnement μ-SXRF (0,1-1 mg / g) ⁷
• secondaire spectrométrie de masse d'ions SIMS (0,1 pg / g) ⁸
• ablation laser couplé par induction spectrométrie de masse LA-ICP-MS (à partir de 0,01 pg / g) ^9,10

Les techniques mentionnées ci-dessus fournissent une résolution micrométrique comme indiqué dans le tableau 1 extraite de Lobinski et al.

Reconstruction 3D des enquêtes 2D série pourrait également être proposé pour la reconstruction des tissus plus profonds ^11. Cependant, tous les appareils et systèmes exigent des professionnels qualifiés, modérés à l'équipement très coûteux et des expériences durables (généralement plus de 4 h pour un 100 um x 100 um pour μ-SXRF et 10 mm x 10 mm pour LA-ICP-MS ) ^12. Au total, ces exigences font microanalyse élémentaire très contraignant et incompatible avec les systèmes d'imagerie optique classiques,la microscopie à fluorescence ou microscopie non linéaire. Un autre point que nous ne pouvons mentionner ici est que la capacité de mesure quantitative est encore assez limitée et dépend de la disponibilité des normes de laboratoire adaptation matricielle. La poursuite de la généralisation de l'utilisation de la microanalyse élémentaire dans les processus de l'industrie, de la géologie, de la biologie et autres domaines d'applications va générer des percées conceptuelles et technologiques importants.

Le but de la présente manuscrit est de proposer des solutions pour la cartographie élémentaire quantitative (ou microanalyse élémentaire) dans les tissus biologiques avec une instrumentation de table entièrement compatible avec la microscopie optique classique. Notre approche est basée sur la spectroscopie par claquage laser (technologie LIBS). Dans LIBS, une impulsion de laser est focalisé sur l'échantillon d'intérêt pour créer la ventilation et l'étincelle de la matière. Le rayonnement émis atomique dans le plasma est ensuite analysé par un spectromètre et l'élémentaireconcentrations mentales peuvent être récupérées avec des mesures d'étalonnage effectuées au préalable ^13,14. Les avantages de la LIBS comprennent sensibilité (pg / g pour presque tous les éléments), la compacité, la préparation des échantillons très basique, l'absence de contact avec l'échantillon, une réponse instantanée et précisément localisée (micro) analyse de surface. Toutefois, l'application de l'imagerie chimique des tissus reste difficile car l'ablation laser de tissu doit être finement contrôlée pour effectuer des cartes à haute résolution spatiale avec sensibilité dans la gamme pg / g ^15,16.

Avec une telle solution, l'adjonction de traceurs ou d'agents d'étiquetage n'est pas nécessaire, ce qui permet de détecter des éléments inorganiques directement dans leur environnement naturel dans les tissus biologiques. L'instrument LIBS développée dans notre laboratoire offre une résolution de courant inférieure à 100 um avec une sensibilité estimée pour Gd-dessous de 35 pg / g, ce qui équivaut à 0,1 mM ^16, qui permetla cartographie des grands échantillons (> 1 cm ²⁾ dans les 30 min. En outre, le logiciel maison facilite l'acquisition et l'exploitation des données. Cet instrument est utilisé pour détecter, carte, et de quantifier la distribution tissulaire de gadolinium nanoparticules à base de (Gd) ^{de 17 à 18} dans les reins et les échantillons de tumeur de petits animaux, de 1 à 24 h après l'injection intraveineuse de particules (taille <5 nm) . Les éléments inorganiques, qui sont incorporées à un tissu biologique, tels que Fe, Ca, Na et P, ont également été détectées et imagée.