La bioactivité de la plupart fluorophores proche infrarouge II (NIRII) sont limitées, ce qui rend difficile l’obtention d’une forte fluorescence et d’activités catalytiques élevées, en raison du manque d’électrons libres dans le procédé.
Pour surmonter ce défi, Huizhen Ma et une équipe de recherche en médecine translationnelle, ingénierie neuronale, physique et matériaux de l’Université de Tianjin en Chine ont développé des amas d’or atomiquement précis avec une forte fluorescence II proche infrarouge pour montrer de puissantes activités mimétiques enzymatiques en utilisant l’ingénierie atomique. , pour former des sites actifs à un seul atome de cuivre.
Ces amas d’or-cuivre (Au21Cu1) ont montré une nature antioxydante plus élevée avec une activité de type catalase 90 fois supérieure et 3 fois supérieure à celle de la superoxyde dismutase par rapport aux amas d’or seuls. Ces amas peuvent être éliminés par le rein pour surveiller les lésions rénales induites par le cisplatine dans un délai de 20 à 120 minutes afin de visualiser le processus en 3D via microscopie à feuille de lumière proche infrarouge.
Les clusters ont empêché le stress oxydatif et l’inflammation des reins et du cerveau chez un modèle murin, qui se sont produits comme effets secondaires lors du traitement avec le cisplatine, un médicament anticancéreux. La recherche est publiée dans la revue Avancées scientifiques.
Suivi de l’évolution pathologique du stress oxydatif et de l’inflammation en temps réel
La méthode d’imagerie proche infrarouge II (NIR-II) offre une profondeur de pénétration tissulaire et un rapport signal/bruit élevés pour surveiller la pathogenèse et évolution pathologique du cancer avec des applications en neurosciences. L’agent moléculaire biocatalytique proche infrarouge II peut être utilisé pour effectuer une surveillance en temps réel des processus pathologiques et mécanismes moléculaires de traitement.
La plupart des maladies liées au stress oxydatif nécessitent une intervention précoce pour surveiller évolution pathologique en temps réel. Les biologistes s’appuient traditionnellement sur des méthodes d’imagerie non invasives telles que tomodensitométrie et imagerie par résonance magnétique pour réaliser des diagnostics précis et une analyse en temps réel.
Le stress oxydatif et les pathologies liées à l’inflammation sont cependant courantes en clinique, nécessitant une surveillance et une intervention en temps réel. De plus, certains agents chimiothérapeutiques provoquent souvent des lésions des tissus normaux au cours d’un traitement médical. Par exemple, le cisplatine, médicament anticancéreux peut réticuler l’ADN et induire un stress oxydatif et une inflammation entraînant une neurotoxicité et une néphrotoxicité.
Les lésions rénales aiguës induites par le cisplatine sont un effet secondaire courant pouvant entraîner une diminution soudaine de la fonction rénale en quelques heures ou quelques jours. Les lésions rénales aiguës doivent être surveillées en temps réel pour un diagnostic précoce et une intervention précoce afin de prévenir le stress oxydatif et l’inflammation aiguë.
Il est souhaitable de concevoir des agents moléculaires biocatalytiques NIR-II pour une surveillance en temps réel, afin d’obtenir de manière synchrone l’inhibition du stress oxydatif et de l’inflammation précoce. Dans ce travail, Ma et al. développé des clusters d’or de précision atomique avec émersion NIR-II et mimétisme enzymatique bioactif pour inhiber le stress oxydatif et l’inflammation dans les reins et le cerveau blessés.
Dopage des clusters d’or
L’équipe a préparé des amas d’or (Au22) et les a purifiés selon rapports précédents pour créer une structure stable, qu’ils ont examinée à l’aide La microscopie électronique à transmission pour révéler une taille ultra-petite.
Cela a permis une clairance efficace pendant la filtration rénale. Les amas d’or ont montré une excellente photostabilité pour révéler une ingénierie de précision atomique bien définie, une solubilité dans l’eau et une structure stable. adapté à d’autres applications.
L’équipe a également inclus l’ingénierie atomique pour modifier les amas d’or avec divers autres éléments métalliques afin d’obtenir les spectres d’absorption optique des amas dopés. Les résultats ont mis en évidence que les clusters or-cuivre possèdent une bonne homogénéité et dispersion, ce qui est cohérent avec les clusters or seuls.
Propriétés enzymatiques des amas d’or
Les amas d’or-cuivre contenant un seul site actif d’atome de cuivre ont montré une activité catalytique élevée. Les chercheurs ont en outre évalué la capacité d’absorption des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote sur les molécules. L’activité catalytique des amas dopés était 90 fois supérieure à celle de l’or pur seul.
Ce travail a également mis en évidence pour la première fois en détail l’impact des clusters dotés de propriétés NIR-II, car il joue un rôle clé dans les sciences de la vie. Les molécules bioactives NIR-II issues de la bio-ingénierie ont également fourni une plate-forme urgente et importante pour comprendre le mécanisme. Ma et coll. a suivi ces expériences avec des calculs de théorie fonctionnelle de la densité des amas d’or.
Surveillance du rein en temps réel
Les scientifiques ont ensuite examiné l’impact des grappes d’or sur la surveillance rénale en temps réel afin d’examiner les lésions rénales chez les souris avant le diagnostic clinique. Pour ce faire, ils ont administré le cisplatine, un médicament anticancéreux, à des souris par injection. Les résultats ont mis en évidence une grave altération de la fonction rénale et une influence sur le système nerveux lors de l’injection de cisplatine, où l’effet filtrant des glomérules s’est affaibli pour accumuler des amas d’or dans le rein.
L’équipe a mené tests de cytotoxicité identifier la région d’activité biologique enzymatique des clusters en surveillant cellules tubulaires proximales et les microglies de souris. Les résultats ont montré la capacité des clusters à réguler le stress oxydatif et à induire des activités biologiques favorables sans toxicité à des concentrations élevées.
Ma et ses collègues ont étudié la régulation du stress oxydatif et de l’inflammation induite par le cisplatine. Bien que le cisplatine soit un médicament anticancéreux, il est limité par de puissants effets secondaires liés à la néphrotoxicité et aux lésions ischémiques. L’association avec des espèces réactives graves de l’oxygène et une inflammation entraîne une mortalité et des comorbidités cérébrales.
Cela peut être diagnostiqué à l’avance en surveillant créatinine sérique et urée sanguine; manifestations cliniques de l’accumulation de déchets azotés qui fournissent des indices efficaces de la fonction excrétrice des reins.
Perspectives
De cette manière, Huizhen Ma et ses collègues ont détaillé l’ingénierie atomique des amas or-cuivre où un seul atome de cuivre permettait un mimétisme enzymatique ultra-élevé. L’activité antioxydante des amas d’or a été augmentée par l’introduction de cuivre et les expériences biologiques ont montré leur capacité à inhiber à la fois le stress oxydatif et l’inflammation dans l’axe rein-cerveau lors d’une maladie rénale.
Les clusters ont également subi une clairance rénale efficace et ont révélé une non-toxicité à une dose élevée, pour fournir un composé présentant une biosécurité et une multifonctionnalité efficaces, couplés à une fluorescence II proche infrarouge. Les grappes d’or ont montré un grand potentiel pour l’imagerie en temps réel et l’intervention précoce lors d’une lésion rénale aiguë avec un impact prometteur du laboratoire à la traduction clinique.
Plus d’information:
Huizhen Ma et al, Amas d’or bioactifs NIR-II pour l’imagerie tridimensionnelle et l’inhibition de l’inflammation aiguë, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adh7828
Peng Pei et al, Nanomatériaux à luminescence persistante activés par rayons X pour l’imagerie NIR-II, Nature Nanotechnologie (2021). DOI : 10.1038/s41565-021-00922-3
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