Persistent luminescence nanocrystals : new concepts for in vivo imaging

Nanocristaux à luminescence persistante : nouveaux concepts pour l'imagerie in vivo

Thomas Maldiney (1)

1 UPCGI - UMR 8151 / UMR_S 1022 - Unité de pharmacologie chimique et génétique et d'imagerie

Persistent luminescence nanocrystals were recently introduced in the field of small animal optical imaging as original alternative to common photoluminescent systems intended for photonic detection in vivo. Acting as optical capacitors, these materials possess the ability to be excited before the injection to living animals and subsequently emit a NIR luminescence signal located within the tissue transparency window, without further illumination of the probe, for dozens of minutes. This technique provides an efficient solution to the autofluorescence problem from living tissues and allows a significant increase in signal to noise ratio during the detection. However, previous work not only revealed that this first generation of nanoparticles could hardly be followed more than one hour after the injection to small animals, but that it was also very likely to undergo rapid liver capture by the mononuclear phagocyte system. In order to overcome these essential limitations, we introduce a novel generation of persistent luminescence nanoparticles whose optical properties allow in situ activation of the probe through living tissues. The material can though be activated after its injection to the animal, allowing to retrieve persistent luminescence signal at any time. A proper optimization of surface characteristics also led to a significant increase of these nanoparticles circulation time, responsible for the first proof of passive targeting in vivo, achieved by taking advantage of the enhanced permeability and retention effect within the tumor microenvironment.

Les nanocristaux à luminescence persistante ont récemment été introduits dans le domaine de l'imagerie optique du petit animal comme alternative originale aux systèmes photoluminescents couramment utilisés pour la détection photonique in vivo. Comparables à des condensateurs optiques, ces matériaux présentent l'avantage de pouvoir être excités avant l'injection au petit animal, puis d'émettre un signal de luminescence dans la fenêtre de transparence des tissus, sans excitation continue de la sonde, pendant plusieurs dizaines de minutes. Cette technique propose une solution efficace au problème d'autofluorescence rencontré in vivo du fait de l'excitation des tissus biologiques, et permet d'augmenter de manière significative le rapport signal à bruit au moment de la détection optique. Les travaux initiaux ont cependant démontré que cette première génération de nanocristaux pouvait difficilement être suivie plus d'une heure après injection systémique chez le petit animal, et subissait une capture rapide au niveau du foie par le système monocyte macrophage. Pour répondre à ces deux inconvénients majeurs, nous introduisons une nouvelle génération de nanosondes photoniques dont les propriétés optiques permettent une excitation de la luminescence persistante in vivo, à travers les tissus de l'animal. Il devient ainsi possible de recharger le matériau après son injection à la souris et de retrouver un signal de luminescence persistante à tout moment. Une optimisation des propriétés de surface a également permis d'augmenter de manière significative le temps de circulation de ces nanoparticules, et de réaliser la première preuve de ciblage passif in vivo qui exploite l'effet EPR.

Mots clés: Nanoparticule; Imagerie optique; In vivo; Luminescence persistante; Ciblage; Tumeur; Imagerie cellulaire

Domaines: Matériaux

Thomas Maldiney. Nanocristaux à luminescence persistante : nouveaux concepts pour l'imagerie in vivo. Matériaux. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00831281⟩