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Un nouveau colorant fluorescent peut éclairer le cerveau

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Le colorant à petites molécules NIR-II développé par le laboratoire du chimiste de l’Université Rice Han Xiao est présenté sur la couverture du numéro du 28 décembre du Journal of the American Chemical Society. Crédit : Laboratoire Xiao/Université Rice

Le laboratoire de l’Université Rice crée un nouvel outil d’imagerie avec le potentiel pour le traitement du cancer.

Parlez d’une idée brillante : éclairer le cerveau n’est plus seulement une figure de style, grâce aux chimistes innovants de Université du riz et Université de Stanford.

Han Xiao de l’Université Rice et Zhen Cheng de l’Université de Stanford, ainsi que des collaborateurs, ont créé un outil d’imagerie cérébrale non invasif qui met en lumière des structures et des fonctions auparavant inaccessibles. Leur colorant unique à petite molécule, connu sous le nom de fluorophore, est le premier du genre à pénétrer la barrière hémato-encéphalique. De plus, dans une étude sur des souris, le colorant a pu faire la distinction entre un tissu cérébral sain et une tumeur glioblastome.


« Cela pourrait être très utile pour la chirurgie guidée par imagerie, par exemple », a déclaré Xiao. « En utilisant ce colorant, un médecin pourrait déterminer où se situe la frontière entre le tissu cérébral normal et le tissu tumoral. »

L’étude est présentée sur la couverture du Journal de l’American Chemical Society.

Le colorant à petites molécules de formanzanate NIR-II développé par le chimiste de l’Université Rice Han Xiao et ses collaborateurs est actuellement le seul de son genre capable de traverser la barrière hémato-encéphalique. Crédit : Laboratoire Xiao/Université Rice

Si vous êtes allé dans un aquarium ou une boîte de nuit, vous avez probablement remarqué la lueur colorée que certains objets ou surfaces émettent sous une lumière noire. Connu sous le nom de fluorescence, cet effet lumineux peut être utile pour rendre visibles des choses qui passent autrement inaperçues.

Zhen Cheng est chercheur au Shanghai Institute of Materia Medica et à l’Université de Stanford. Crédit : Laboratoire Xiao/Université Rice

« L’imagerie par fluorescence a été appliquée pour l’imagerie du cancer dans différentes parties de notre corps », a déclaré Xiao. « Les avantages d’une sonde à fluorescence incluent une haute résolution et la possibilité d’adapter la sonde pour lire différentes substances ou activités. »

Plus un tissu ou un organe est profond, plus les longueurs d’onde nécessaires pour discerner la présence de petites molécules fluorescentes sont longues. Pour cette raison, le deuxième canal proche infrarouge (NIR-II) avec des longueurs d’onde de 1 000 à 1 700 nanomètres est particulièrement important pour l’imagerie des tissus profonds. Pour référence, les longueurs d’onde de la lumière visible vont de 380 à 700 nanomètres.


« Notre outil est vraiment précieux pour l’imagerie profonde car il fonctionne dans la région NIR-II », a déclaré Xiao. « Contrairement aux longueurs d’onde NIR-II, les effets fluorescents dans le spectre visible ou avec des longueurs d’onde proches de l’infrarouge entre 600 et 900 nanomètres (NIR-I) ne vous permettront d’atteindre que la peau. »

L’imagerie cérébrale pose un défi particulier non seulement en raison de la profondeur et de l’accessibilité des tissus, mais aussi en raison de la barrière hémato-encéphalique, une couche de cellules qui agit comme un filtre très sélectif pour restreindre le passage des substances du système circulatoire au système nerveux central. .

Han Xiao est professeur adjoint de chimie, de biosciences et de bioingénierie à l’Université Rice. Crédit : Laboratoire Xiao/Université Rice

« Les gens veulent toujours savoir exactement ce qui se passe dans le cerveau, mais il est très difficile de concevoir une molécule capable de traverser la barrière hémato-encéphalique. Jusqu’à 98 % des médicaments à petites molécules approuvés par le Food and Médicament Administration (FDA) ne peut pas », a déclaré Xiao.

« D’une manière générale, la raison pour laquelle une molécule de colorant NIR-II a tendance à être grosse est qu’il s’agit d’une structure conjuguée avec de nombreuses doubles liaisons », a-t-il poursuivi. « C’est un vrai problème et c’est la raison pour laquelle nous n’avons pas pu utiliser la fluorescence en imagerie cérébrale jusqu’à présent. Nous avons essayé de résoudre ce problème en développant ce nouvel échafaudage de colorant qui est très petit mais a une longue longueur d’onde d’émission.

Contrairement aux deux autres échafaudages de colorant NIR-II connus, qui ne sont pas capables de traverser la barrière hémato-encéphalique, celui développé par Xiao est plus compact, ce qui en fait un excellent candidat pour les sondes ou les médicaments ciblant le cerveau. « À l’avenir, nous pourrions modifier cet échafaudage et l’utiliser pour rechercher de nombreux métabolites différents dans le cerveau », a déclaré Xiao.

Au-delà du cerveau, le colorant développé par Xiao a un pouvoir durable bien supérieur à celui du vert d’indocyanine, le seul colorant à petites molécules NIR approuvé par la FDA pour être utilisé comme agent de contraste. Une durée de vie plus longue signifie que les chercheurs ont plus de temps pour enregistrer la trace fluorescente avant qu’elle ne disparaisse.

« Lorsqu’elle est exposée à la lumière, la trace de colorant vert d’indocyanine se détériore en quelques secondes, alors que notre colorant laisse une trace stable pendant plus de 10 minutes », a déclaré Xiao.



Référence : « Échafaudages fluorescents photostables à petites molécules NIR-II qui traversent la barrière hémato-encéphalique pour l’imagerie cérébrale non invasive » par Shichao Wang, Hui Shi, Lushun Wang, Axel Loredo, Sergei M. Bachilo, William Wu, Zeru Tian, ​​Yuda Chen , R. Bruce Weisman, Xuanjun Zhang, Zhen Cheng et Han Xiao, 13 décembre 2022, Journal de l’American Chemical Society.
DOI : 10.1021/jacs.2c11223

L’étude a été financée par le Cancer Prevention and Research Institute of Texas, les National Institutes of Health, le US Department of Defense, la Welch Foundation, la National Science Foundation, la Hamill Foundation, la John S. Dunn Foundation et le Stanford University Department. de Radiologie.

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