Perméabilisation de membranes cellulaires à l'aide d'un laser nanoseconde amplifié par nanoparticules plasmoniques

La membrane plasmique des cellules eucaryotes assure une perméabilité sélective entre le cytoplasme et le milieu extérieur. Elle régule l'entrée et la sortie des ions (O2, N2, K, etc..) et des molécules (eau, éthanol, etc..) nécessaires à son bon fonctionnement par des mécanismes de diffusion ou de transport actif. Dans des domaines tels que la biologie moléculaire ou le développement de nouveaux traitements, il est parfois souhaitable de contourner cette perméabilité sélective afin d'insérer à l'intérieur des cellules des molécules qui y sont normalement imperméables. Ces molécules peuvent être des plasmides d'ADN, des ARN, ou différents médicaments. Afin de surmonter cette barrière biologique, nous proposons l'optoporation à l'aide d'un laser amplifié par nanostructures plasmoniques. Cette technique non invasive permet d'augmenter la perméabilité membranaire d'un grand volume de cellules en peu de temps. L'optoporation à l'aide d'un laser amplifié par nanostructures plasmoniques correspond à une irradiation par laser pulsé sur des cellules préalablement incubées avec des nanoparticules d'or (AuNPs). L'interaction laser-AuNP crée une bulle de cavitation qui permet d'augmenter la perméabilité de la membrane cellulaire en perturbant l'organisation de ses éléments bilipidiques. Des molécules en suspension dans le milieu externe peuvent ensuite pénétrer à l'intérieur de la cellule par diffusion. Sous les conditions propices, l'intégrité de la membrane sera rapidement retrouvée et la cellule sera peu affectée. La faisabilité de cette technique de perméabilisation a été testée avec un laser à impulsions nanosecondes opérant à 532 nm et à 1064 nm. La membrane plasmique de fibroblastes cancéreux humains (mélanômes wm278) a été perforée avec succès tout en conservant une excellente viabilité cellulaire. Le fluorophore Lucifer Yellow (LY) a été incorporé à l'intérieur de 30% des cellules irradiées. La viabilité 2 h après la traitement a été évaluée par exclusion d'iodure de propidium (IP) tandis que la vitalité des cellules à long terme a été évaluée à l'aide de tests MTT. Sous les conditions optimales, à 532 nm, la viabilité est de 84% après 2h (exclusion IP) et la vitalité passe de 64% (2h) à 88% après 72 h (MTT). À 1064 nm, la viabilité atteint 85% et la vitalité se situe entre 81% et 99% entre 2 et 72 h. Les dimensions des AuNPs après irradiation ont également été examinées afin de déterminer si elles avaient subi des transformations durant le traitement. Pour ce faire, des mesures spectroscopiques ainsi que des images au MEB ont été réalisées. Une réduction de taille est observée après quelque secondes d'irradiation mais les quelques impulsions livrées lors du traitement ne sont pas suffisants pour transformer significativement les NPs.