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Jul 02, 2023

Quantification de l'absorption de nanoparticules fluorescentes dans les cellules de mammifères à l'aide d'un lecteur de plaques

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 20146 (2022) Citer cet article 1988 Accès 1 Citations 5 Détails des métriques Altmetric Conformément à l'expansion rapide des applications des nanoparticules,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20146 (2022) Citer cet article

1988 Accès

1 Citation

5 Altmétrique

Détails des métriques

Conformément à l’expansion rapide des applications des nanoparticules, divers outils sont nécessaires pour étudier la manière dont les nanoparticules interagissent avec les entités biologiques. De nombreux tests ont été développés pour mesurer l’absorption cellulaire des nanoparticules, mais jusqu’à présent, la plupart des méthodes sont laborieuses et souvent non quantitatives. Ici, nous avons développé une méthode de mesure quantitative facilement accessible et robuste du niveau d’absorption cellulaire de nanoparticules marquées par fluorescence à l’aide d’un lecteur de plaques. Dans la conception expérimentale, les problèmes potentiels pouvant entraîner une variation des mesures ont été identifiés et résolus. Par exemple, la variation de l’intensité de fluorescence des échantillons due aux différences de nombre de cellules a été normalisée à la densité optique, qui est une valeur physique correspondant au nombre de cellules. Le nombre de lavages et la température de manipulation des échantillons ont été optimisés pour minimiser l'interférence des nanoparticules résiduelles et l'éventuel efflux de nanoparticules des cellules, respectivement. Le test développé a été démontré avec la lignée cellulaire lymphocytaire Jurkat pour mesurer l'absorption cellulaire de billes de polystyrène de 50 nm marquées par fluorescence, et son applicabilité a été confirmée avec la lignée cellulaire de carcinome du poumon A549 et une autre lignée cellulaire lymphocytaire RPMI8226.

Les développements récents en nanotechnologie offrent diverses opportunités dans les secteurs de la santé1, de l’alimentation2 et des cosmétiques3, tout en soulevant également des inquiétudes quant à leur toxicité potentielle4,5. Afin d’étudier les performances et la sécurité des nanomatériaux, nous devons comprendre leur cycle de vie composé de rencontre et de reconnaissance – internalisation – trafic – distribution – et efflux via diverses expériences biologiques. L'absorption des nanoparticules est un vaste processus comprenant la rencontre, la reconnaissance et l'intériorisation6. En fonction de l'usage, le niveau d'absorption doit être modulé soit pour augmenter le débit, soit pour éviter une absorption aveugle. Par exemple, dans les applications médicales, même si l’élimination des nanoparticules par les macrophages doit être évitée7, l’efficacité de leur libération vers un organe cible doit être améliorée. Un large éventail d’études sur l’absorption des nanomatériaux ont été réalisées avec des cellules de mammifères7,8,9, des procaryotes10 et des plantes11, pour n’en nommer que quelques-unes. L'absorption cellulaire est régie par de nombreux paramètres différents6,12, tels que les propriétés physiques des nanoparticules, notamment leur taille, leur forme et leur charge de surface, ainsi que les conditions expérimentales, notamment les types de cellules13 et le cycle cellulaire14. Même une variabilité d'une cellule à l'autre existe dans l'absorption des nanoparticules, comme l'a révélé une expérience sophistiquée menée par Åberg et al.15.

De nombreuses analyses ont été utilisées pour quantifier l’absorption des nanomatériaux16. Les techniques les plus couramment utilisées sont basées sur la microscopie électronique17,18,19 ou optique20,21. Des mesures de propriétés optiques telles que la diffusion et la fluorescence ont également été utilisées pour la quantification avec des cytomètres en flux8,10,14 et des lecteurs de microplaques19,22,23,24,25,26,27. Les techniques basées sur le plasma à couplage inductif (ICP), telles que la spectrométrie de masse ICP28 et la spectroscopie d'émission atomique ICP26,29, sont un autre outil utile pour quantifier les nanoparticules dans les cellules, mais elles sont destructrices et applicables uniquement aux particules métalliques. D'autres techniques, telles que la microscopie à rayons X à transmission, la tomographie de cellules entières et l'imagerie hyperspectrale, ont également été adoptées, mais leurs applications sont limitées. Bien qu’il existe un certain nombre de techniques de quantification des nanoparticules dans les cellules et les tissus, des techniques plus fiables, reproductibles et comparables, également couramment utilisées, sont toujours demandées30.

Les lecteurs de plaques sont utilisés dans de nombreuses applications de mesure allant de la taille d'ions métalliques31 à la taille des sphéroïdes cellulaires. Leurs capacités multimodales et à haut débit ont facilité le développement de diverses analyses cellulaires, notamment la prolifération, la mort, l'activité enzymatique et d'autres tests phénotypiques. La combinaison avec les progrès récents dans les systèmes de manipulation des liquides et de contrôle de l’environnement a permis des analyses dynamiques plus sophistiquées. Avant tout, les lecteurs de plaques sont des équipements faciles à utiliser, ne nécessitant pas de compétences élevées et pouvant être utilisés de diverses manières.