Il y a toujours un besoin de nouveaux outils fluorescents hydrosolubles en biologie pour les applications différentes. Ces dernières années, les fluorophores à l’Absorption de Deux-Photon (ADP) ont obtenu une grande popularité dans la communauté biologique en raison du fait que ce type de fluorophores offre une sélectivité spatiale améliorée en trois dimensions et permet de faire l’excitation à une fréquence de la moitié de l'écart énergétique réel , donc à des longueurs d'onde plus longues (typiquement 700-1300 nm), mais la fluorescence se produit généralement à la même longueur d'onde que lorsque la molécule a été excitée avec un photon. Grâce à cela, il est possible d'augmenter la profondeur de pénétration et de diminuer les photo-dommages aux tissus en même temps. Les fluorophores à l’ADP les plus largement utilisés sont les boites quantiques (quantum dots (QD) en anglais) (nanocristaux inorganiques) mais ils ont soulevé un certain nombre de questions liées à la toxicité, à la biocompatibilité et aux problèmes environnementaux. De plus, les fluorophores organiques à l’ADP ne peuvent pas être aussi brillants que les QD et leur fluorescence pourrait être désactivée par l'eau. Des dendrimères hydrosolubles fluorescents contenant plusieurs chromophores TPE peuvent aider à résoudre les deux problèmes.
Les dendrimères sont des macromolécules à structure arborescente et malgré le fait que les dendrimères, comme les polymères, sont constitués de dizaines, centaines voire milliers d'unités, ils ont une structure strictement définie car ils sont synthétisés étape par étape. Les dendrimères sont ainsi constitués d'un cœur sur lequel des branches avec des points de divergence et des fonctions de surface sont attachées. Les propriétés fluorescentes des fluorophores, attachés aux branches du dendrimère, pourraient être protégées grâce à un effet protecteur de la structure dendritique, révélé par des études photophysiques. De plus, lorsque plusieurs fluorophores sont attachés à des branches de dendrimère, le problème de faible brillance d'une molécule individuelle peut être résolu. La solubilité dans l'eau peut être initialisée en ajoutant à la molécule de dendrimère des groupes hydrophiles neutres tels que des dérivés de polyéthylène glycol (PEG). Les dendrimères fluorescents hydrosolubles avec des fluorophores à l’ADP, qui ont été développés, présentent des performances à l’ADP comparables aux boites quantiques inorganiques les plus efficaces. Par ailleurs, il a été découvert que certains dendrimères phosphorés à l’ADP sont capables de former des agrégats fluorescents dans l'eau, sélectivement et spécifiquement sous l'effet d'un faisceau laser. Il s'agit d'un phénomène physico-chimique inconnu, que nous explorons avec un financement acquis auprès de l'ANR (ANR2017 SLOW2), et qui pourrait conduire à terme à de nouvelles technologies inédites pour le marquage et le ciblage d'une seule cellule parmi des centaines, et au niveau translationnel pour la construction guidée des tissus. |
There is always a need for new water-soluble fluorescent tools in biology, for different purposes. In recent years Two-Photon Exited (TPE) fluorophores have obtained a widespread popularity in the biology community due to the fact that this type of fluorophores provides improved spatial selectivity in three dimensions, and can be excited at a frequency of half the actual energy gap, thus at longer wavelengths (typically 700–1300 nm), but the fluorescence occurs generally at the same wavelength than when excited with one photon. Thanks to this it’s possible to increase the penetration depth and decrease the photo damage to tissues at the same time.
The most widely used TPE-fluorophores are quantum dots (inorganic nanocrystals) but they raised a number of questions related to toxicity, biocompability and environmental issues. Besides, organic TPE fluorophores cannot be as brilliant as quantum dots and their fluorescence could be quenched by water. Fluorescent water-soluble dendrimers containing several TPE chromophores may help to solve both problems.
Dendrimers are macromolecules with an arborescent structure and despite the fact that dendrimers, like polymers, consist of tens, hundreds and even thousands of units, they have a strictly defined structure because they are synthesized step by step. The dendrimers are thus composed of a core on which branches with points of divergence and surface functions are attached. Fluorescent properties of fluorophores, attaches to the branches of the dendrimer, might be protected due to a shielding effect of dendritic structure, revealed by photophysical studies. Moreover when several fluorophores are attached to dendrimer branches, the problem of low brilliance of an individual molecule can be solved. The solubility in water can be obtained by adding neutral hydrophilic groups such as polyethylene glycol (PEG) derivatives to the dendrimer molecule. Water-soluble fluorescent dendrimers with TPE fluorophores, that have been developed, show TPE performance comparable to the most efficient inorganic quantum dots. Moreover, it was discovered that some fluorescent phosphorus dendrimers are capable to form fluorescent aggregates in water, selectively and specifically under the effect of a laser beam. It is an unknown physical-chemical phenomenon, that we are exploring with funding acquired from the ANR (ANR2017 SLOW2), and that could lead ultimately to new unprecedented technologies for labelling and targeting of a single cell from hundreds, and at the translational level for the guided-construction of tissues (bioprinting). |