Capteur tatouage nanoparticules or révolutionnant la surveillance santé continue

Capteurs implantables à nanoparticules d'or stables

L'idée de capteurs implantables transmettant en continu des informations sur les valeurs vitales et concentrations de substances ou médicaments dans le corps fascine médecins et scientifiques depuis longtemps. De tels capteurs permettent la surveillance constante de la progression de maladies et du succès thérapeutique. Cependant, jusqu'ici les capteurs implantables n'étaient pas adaptés pour rester permanemment dans le corps mais devaient être remplacés après quelques jours ou semaines. D'un côté, le problème de rejet d'implant car le corps reconnaît le capteur comme corps étranger. De l'autre, la couleur du capteur indiquant les changements de concentration était instable et s'estompait avec le temps. Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ont développé un nouveau type de capteur implantable utilisable dans le corps pendant plusieurs mois. Le capteur repose sur des nanoparticules d'or stables en couleur modifiées avec des récepteurs pour molécules spécifiques. Intégrées dans un tissu polymérique artificiel, les nanoparticules d'or sont implantées sous la peau où elles signalent les changements de concentration de médicaments en changeant de couleur.

Fonctionnement et stabilité

Le groupe du Professeur Carsten Sönnichsen utilise les nanoparticules d'or comme capteurs pour détecter de minuscules quantités de protéines en cellules de flux microscopiques depuis des années. Les nanoparticules d'or agissent comme de petites antennes pour la lumière. Elles l'absorbent et la diffusent fortement, apparaissant donc colorées. Elles réagissent aux altérations de leur environnement en changeant de couleur. L'équipe de Sönnichsen a exploité ce concept pour la détection médicale implantée.

Pour empêcher les minuscules particules de s'éloigner ou d'être dégradées par les cellules immunitaires, elles sont intégrées dans un hydrogel poreux à consistance tissulaire. Une fois implanté sous la peau, de petits vaisseaux sanguins et cellules poussent dans les pores. Le capteur s'intègre dans le tissu et n'est pas rejeté comme corps étranger. « Notre capteur est comme un tatouage invisible, pas plus gros qu'une pièce de monnaie et plus fin d'un millimètre », dit Sönnichsen. Comme les nanoparticules d'or sont infrarouges, elles ne sont pas visibles à l'œil. Cependant, un dispositif de mesure spécial peut détecter leur couleur de façon non-invasive à travers la peau.

Dans leur étude, les chercheurs ont implanté leurs capteurs sous la peau de rats sans poils. Les changements de couleur furent surveillés après administration de diverses doses d'un antibiotique. Les molécules du médicament sont transportées au capteur via la circulation sanguine. En se liant à des récepteurs spécifiques sur la surface des nanoparticules d'or, elles induisent un changement de couleur dépendant de la concentration. Grâce aux nanoparticules d'or stables en couleur et à l'hydrogel intégrant le tissu, le capteur est resté mécaniquement et optiquement stable sur plusieurs mois.

Les objets colorés se décolorent avec le temps. Les nanoparticules d'or, cependant, ne se décolorent pas, mais gardent leur couleur permanentement. Comme elles peuvent être facilement enrobées de différents récepteurs, elles sont une plateforme idéale pour capteurs implantables.

Ce concept est généralisable et a le potentiel d'étendre la durée de vie des capteurs implantables. À l'avenir, les capteurs implantables basés sur nanoparticules d'or pourraient observer simultanément les concentrations de différents biomarqueurs ou médicaments dans le corps. De tels capteurs pourraient trouver application dans le développement de médicaments, la recherche médicale, ou la médecine personnalisée, comme la gestion des maladies chroniques.