Détection résolue en temps de cellules tumorales circulantes à l'aide de quantum dots infrarouge

Time-gated detection of near-infrared emitting quantum dots for in vivo cell tracking in small animals

• Auteur / Autrice : Sophie Bouccara
• Direction : Vincent Loriette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Frontières du vivant
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Boîtes quantiques

Imagerie optique

Spectroscopie proche infrarouge

Microscopie de fluorescence

Résumé

Le suivi de cellules in vivo est essentiel afin de déterminer par exemple les voies de migration de cellules tumorales circulantes ou encore pour suivre l'activité de cellules immunitaires. La microscopie de fluorescence assure une bonne résolution ainsi qu'une grande sensibilité et semble adaptée à la détection de cellules uniques in vivo dans un modèle de souris. Néanmoins, sa sensibilité est limitée par deux principaux facteurs: le signal d'autofluorescence des tissus d'une part, et l'absorption et la diffusion de la lumière visible dans les tissus d'autre part. Nous présentons la synthèse et la caractérisation optique des quantum dots Zn-Cu¬In-Se/ZnS composés de matériaux peu toxiques. Ces nanoparticules possèdent un maximum d'émission centré autour de 800 nm, où l'absorption et la diffusion par les tissus biologiques sont limitées. Elles sont rendues biocompatibles grâce à une chimie de surface développée au laboratoire qui permet d'obtenir des sondes petites, brillantes et stables en milieu intracellulaire pendant plusieurs jours. Grâce à leur temps de vie fluorescence beaucoup plus long (150 ns) que celui de l' autofluorescence des tissus (< 5ns), nous avons développé un microscope de fluorescence résolu en temps qui permet de sélectionner le signal d'une cellule isolée marquée par des quantum dots et rejeter l'autofluorescence du tissu environnant. Nous présentons également les premières images in vivo de veines marquées avec ces sondes et observées avec notre microscope.

In vivo cell tracking is a promising tool to improve our understanding of certain biological processes (circulating tumour cells migration, immune cells activity). Fluorescence microscopy ensures a high resolution and a good sensitivity. The latter is however limited by the high tissue autofluorescence and poor visible light penetration depth. We present the synthesis and characterization of Zn-Cu-In-Se / ZnS (core/shell) QDs made of low toxicity materials. These QDs exhibit a bright emission centred around 800 nm, where absorption and scattering of tissues are minimal. These nanocrystals are coated with a new surface chemistry, which yields small and bright probes in the cell cytoplasm for several days after labelling. These QDs also present a fluorescence lifetime much longer (150 ns) than the tissue autofluorescence (<5 ns). By combining a pulsed excitation source to a time-gated fluorescence imaging system, we show that we can efficiently discriminate the intracellular QDs signal from autofluorescence in an ex vivo sample and thus increase the detection sensitivity of labelled cells into tissues. We also report preliminary results obtained in an in vivo sample.