Parlez d’une idée brillante : grâce aux chimistes de l’Université Rice et de l’Université de Stanford, éclairer le cerveau n’est plus seulement une figure de style.
Han Xiao de Rice, Zhen Cheng de Stanford et leurs collaborateurs ont développé un nouvel outil d’imagerie cérébrale non invasive qui peut aider à éclairer les structures et les processus difficiles d’accès. Leur colorant à petite molécule, ou fluorophore, est le premier du genre à pouvoir traverser la barrière hémato-encéphalique. De plus, cela a permis aux chercheurs de faire la différence entre un tissu cérébral sain et une tumeur glioblastome chez la souris.
« 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 numéro du 28 décembre du Journal de l’American Chemical Society.
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.
« 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 de fluorescence incluent une haute résolution et la capacité 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. système.
« Les gens veulent toujours savoir exactement ce qui se passe dans le cerveau, mais il est très difficile de concevoir une molécule capable de pénétrer la barrière hémato-encéphalique. Jusqu’à 98 % des médicaments à petites molécules approuvés par la Food and Drug 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 la raison pour laquelle nous n’avons pas pu utiliser la fluorescence dans l’imagerie cérébrale jusqu’à présent. Nous avons essayé de résoudre ce problème en développant ce nouvel échafaudage de colorant qui est très petit mais qui 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.
La recherche a été soutenue par le Cancer Prevention Research Institute of Texas (RR170014), les National Institutes for Health (GM133706, CA255894), le Department of Defense (W81XWH-21-1-0789), la Robert A. Welch Foundation (C- 1970, C-0807), la National Science Foundation (1803066, 2203309), un Hamill Innovation Award, le John S. Dunn Foundation Collaborative Award et le Département de radiologie de l’Université de Stanford.
