Les points quantiques brillent pour aider les scientifiques à voir les cellules inflammatoires dans les graisses

Les points quantiques peuvent le faire, selon de nouvelles recherches sur des souris de l’Université de l’Illinois.

“Les points quantiques peuvent mesurer des choses dans le corps qui sont très, très dynamiques et compliquées et que nous ne pouvons pas voir actuellement. Ils nous donnent la possibilité de compter les cellules, de détecter leurs emplacements exacts et d’observer les changements au fil du temps. Je pense que c’est vraiment une énorme avancée », déclare Andrew Smith, professeur au Département de bioingénierie de l’U de l’I et co-auteur de l’étude ACS Nano étude.

Les points quantiques sont des nanoparticules cultivées en laboratoire – quelques centaines d’atomes seulement – avec des propriétés optiques spéciales détectables par microscopie standard, tomographie (par exemple, scanners PET/CT) et imagerie par fluorescence. Selon leur taille et leur composition, les bioingénieurs comme Smith peuvent les faire briller dans des couleurs spécifiques et émettre de la lumière dans le spectre infrarouge.

“L’émission de lumière dans l’infrarouge est rare. Très peu de lumière est émise par les tissus dans l’infrarouge, donc si vous les mettez dans le corps, ils apparaissent très brillants. Nous pouvons voir profondément dans le corps et pouvons mesurer les choses avec plus de précision que nous ne le pourrions. en utilisant la technologie dans le domaine visible », déclare Smith.

Dans le ACS Nano étude, Smith et ses collègues ont lâché des points quantiques sur les macrophages.

Lorsque notre corps a besoin d’avaler des agents pathogènes ou de nettoyer des débris cellulaires, les macrophages se mettent au travail. L’une de leurs tâches consiste à initier l’inflammation, rendant l’environnement inhospitalier aux microbes nocifs. Mais parfois, ils font trop bien ce travail. Selon le tissu dans lequel ils se trouvent, l’inflammation chronique due à l’activité des macrophages peut entraîner le diabète, des problèmes cardiovasculaires, des cancers, etc.

L’équipe de l’U de I s’est particulièrement intéressée aux macrophages dans la graisse ou le tissu adipeux.

“Avec la prise de poids et l’obésité, on sait que le nombre de macrophages augmente dans le tissu adipeux et tend à évoluer vers un phénotype inflammatoire, ce qui contribue au développement de la résistance à l’insuline et du syndrome métabolique. Le nombre et la localisation des macrophages dans le tissu adipeux sont mal décrits, en particulier in vivo », déclare Kelly Swanson, professeure dotée de la société Kraft Heinz en nutrition humaine au département des sciences animales de l’Université de l’Ile et co-auteure de l’étude.

“Les points quantiques développés par notre groupe permettent une meilleure quantification et caractérisation des cellules présentes dans le tissu adipeux et de leur distribution spatiale”, ajoute-t-il.

L’équipe a créé des points quantiques recouverts de dextran, une molécule de sucre qui cible également les macrophages dans le tissu adipeux. Comme preuve de concept, ils ont injecté ces points quantiques à des souris obèses et ont comparé les résultats d’imagerie avec le dextran seul, la norme actuelle pour l’imagerie des macrophages.

Les points quantiques ont surpassé le dextran seul sur toutes les plates-formes d’imagerie, y compris les techniques optiques simples.

“Les points quantiques émettent une énorme quantité de lumière, ce qui nous permet de mesurer davantage des types de cellules spécifiques et d’identifier où ils se trouvent”, explique Smith. “Ce degré de rendement lumineux permet l’utilisation de techniques optiques, qui sont beaucoup plus accessibles que d’autres technologies d’imagerie. Comparés aux scanners IRM et TEP, ce sont des instruments bon marché qui peuvent être installés dans une petite clinique. Tout le monde pourrait en avoir un.”

Bien que les points quantiques n’aient pas encore été utilisés chez l’homme, Swanson voit un avenir dans lequel une technologie optique simple comme les ultrasons pourrait être utilisée pour diagnostiquer et suivre de manière non invasive les macrophages inflammatoires chez les patients en surpoids.

“Il pourrait y avoir un appareil comme une échographie où vous scannez quelqu’un, et même si le poids d’un patient n’a pas changé, un médecin pourrait dire si les types de cellules changent. Plus de cellules inflammatoires pourraient prédire la résistance à l’insuline et d’autres problèmes”, dit-il. . “C’est pourquoi je m’y intéresse, pour ses propriétés diagnostiques.”

Les points quantiques ne sont pas utilisés chez l’homme car ils sont généralement fabriqués avec des métaux lourds tels que le cadmium et le mercure, et les scientifiques n’ont toujours pas compris comment ils sont métabolisés et éliminés du corps. Smith et son équipe travaillent sur des points quantiques fabriqués avec des éléments plus sûrs, mais jusque-là, ils restent un outil de recherche inestimable. Par exemple, leur long temps de circulation – neuf fois plus long que le dextran dans l’étude actuelle – pourrait donner aux diagnosticiens un moyen d’aller au-delà d’un instantané dans le temps.

“Il y a un niveau énorme de variabilité des macrophages même au cours d’une journée. Le tissu adipeux peut avoir un nombre très élevé au milieu de la journée, puis il diminue considérablement”, explique Smith. “Dans les études animales, nous pouvons sacrifier des animaux au début et à la fin d’une journée pour étudier la tendance, mais avec les points quantiques, nous n’aurons peut-être pas à le faire. Vous pouvez suivre un animal au fil du temps pour voir sa progression.

“Les points quantiques offrent une énorme valeur dans les études sur les animaux. Donc, même si les points quantiques ne parviennent pas aux humains, si nous ne trouvons jamais un moyen de les rendre non toxiques, la valeur est toujours très grande.”

Smith, Swanson et d’autres collègues ont récemment reçu une subvention des National Institutes of Health pour étendre leurs travaux avec des points quantiques afin de cibler des dizaines de types de cellules différents.

Le Département des sciences animales fait partie du Collège des sciences de l’agriculture, de la consommation et de l’environnement de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign.