de 10 mg/mL de nanoparticules ie 200 µg). Le signal est clairement détectable (voir Figure 4.3).
Comme observé en sous-cutanée, le signal lumineux est diffus dans l’ensemble du muscle, alors que l’injection réalisée est ponctuelle. Il est ainsi aisé de définir à l’aide de l’acquisition optique le contour du muscle de la souris. En supprimant le besoin d’illumination in situ, l’utilisation de nanoparticules à luminescence persistante permet d’observer de façon simple la diffusion de la lumière dans les tissus.
Un signal provenant de la patte de l’animal a également pu être observé, alors qu’aucune nanoparticule n’y avait été injectée. Ceci a été attribué à la réflexion sur la patte de la souris du signal provenant du muscle.
max : 8.8E6 6.0E6 4.0E6 2.0E6 0 (B) (A)
Fig. 4.3: Signaux obtenus en imagerie optique après injection intramusculaire d’une suspen- sion de nanoparticules. (unité :ph/s/sr/cm2)
Diffusion de la lumière Nous avons vu que les milieux biologiques étaient à la fois
absorbants et diffusants, avec une absorption et une diffusion plus forte dans le bleu. De cela, on pourrait conclure qu’il est plus facile de localiser précisément un signal lorsqu’on travaille dans le rouge (longueur d’onde moins diffusée). Toutefois, expérimentalement (voir Figure 4.4, on observe que le signal observé est moins étendu lorsque l’émission de la sonde est bleu (Sr2MgSi2O7, voir Annexe D) que lorsque l’émission est rouge
(Ca0,2Zn0,9Mg0,2Si2O6). Ceci est dû au fait que l’absorption est beaucoup plus forte
dans le bleu : seuls les rayons lumineux rectilignes (ayant traversé une faible épaisseur de tissu) seront détectables, les autres étant absorbés et donc non détectables ; La "diffusion" du signal sera donc plus faible. Pour une observation dans le rouge, les rayons seront légèrement moins diffusés mais même les rayons lumineux ayant traversé une épaisseur importante de tissu seront détectables. Il en résulte que le signal sera plus diffus.
4.2 Injection par voie intraveineuse
Après avoir effectué les expériences d’injections locales, nous avons suivi la bio- distribution des particules non modifiées par injection intraveineuse et ce de façon dynamique.
104 Partie II : Détection in vivo de particules non modifiées
(A) (B)
Fig. 4.4: Signaux obtenus en imagerie optique après injection intramusculaire d’une suspen- sion de nanoparticules (A) émettant dans le proche infrarouge (B) émettant dans le bleu.
Afin de faciliter la compréhension des images de biodistribution présentées par la suite, nous allons succinctement donner la position des principaux organes de la souris (voir Figure 4.5). Classiquement, une souris adulte pèse entre 20 et 30g. Le coeur ainsi que les poumons (≈ 0,2 g) se trouvent bien entendu dans la cage thoracique. Situé juste en dessous, le foie est composé de 5 lobes différentiés. Il s’agit d’un organe volumineux (≈ 1,5 g) qui occupe une place centrale chez la souris. La rate (≈ 0,15 g) est accolée au foie à gauche. Les deux reins (≈ 0,35g) situés en dessous respectivement du foie et de la rate. Reins Foie Rate Poumons Coeur Vessie Estomac G D G D Tête
4.2 : Injection par voie intraveineuse 105
4.2.1 Biodistribution des particules non modifiées
Nous avons préparé une suspension de particules à 10 mg/mL. Une injection intra- veineuse de 100 µL soit 1 mg de particules par souris a été effectuée. Les résultats de cette expérience sont donnés en Figure 4.6. Les images correspondent à l’intégration du signal détecté sur 15 min.
Le signal détecté est majoritairement issu du centre de l’animal, ce qui correspond à une captation hépatique importante et rapide. On note également un signal sur le flanc gauche, signal attribué à une captation des particules par la rate. En mettant la souris sur le ventre, aucun signal n’est observable au niveau des reins (il est en effet plus facile de visualiser les reins dans cette position). Les analyses ex-vivo qui permettent d’attribuer de façon non équivoque l’origine tissulaire des signaux lumineux seront présentées dans le chapitre 6.1.4.
Il est également possible de définir le contour de la souris en utilisant les données optiques. Il n’est pas possible d’expliquer une telle distribution du signal par diffusion de lumière à partir de la zone la plus intense correspondant au foie, des signaux sont en effet détectables dans les pattes. On peut donc en conclure que les particules ont la capacité de circuler dans l’ensemble de l’animal, celles-ci étant toutefois rapidement captées par le foie.
(A) (B)
Foie Foie
Rate
Fig. 4.6: Biodistribution de particules à luminescence persistante non modifiées. Le position- nement et l’anatomie propre de chaque souris influencent les organes détectables. (A) Le foie est clairement détectable. (B) Le foie et la rate sont détectables.
Analyse du signal. Comme on peut le voir sur la Figure 4.7, le signal détecté dans
l’ensemble de la souris décroît au cours du temps. Ceci est dû au déclin de lumines- cence propre aux particules. On retrouve par ailleurs une décroissance aux temps longs identique à celle observée pour les particules seules.
Il est également possible de réaliser une analyse par zone d’intérêt (ROI - Region Of Interest). En étudiant la décroissance du signal, issu du foie et en faisant le rapport avec la luminescence totale issue de l’animal, on s’aperçoit que ce rapport augmente
106 Partie II : Détection in vivo de particules non modifiées
au cours du temps. Ainsi, le signal se concentre au cours du temps dans cette région. Cette accumulation est dû à une captation hépatique rapide. On voit ici l’avantage de la technique développée. Il est possible de suivre en temps réelle la biodistribution des particules sans avoir besoin de sacrifier l’animal.
100 1000 10000 100000 0 200 400 600 800 1000 zone du foie corps entier 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0 200 400 600 800 1000 (A) (B) Temps (s) Temps (s) In tensité (u .a.)
Fig. 4.7: (A) Analyse du signal obtenu après injection intraveineuse de nanoparticules sur deux régions d’interêt : le foie et l’ensemble de l’animal (B) Courbe correspond au rapport entre le signal issu de la zone couvrant le foie de l’animal sur l’ensemble du signal détecté. On note ainsi une augmentation progressive du signal relatif de la zone couvrant le foie de l’animal.
Explications de la biodistribution observée. Lors d’une injection systémique de
composants exogènes, il existe plusieurs mécanismes d’évacuation des corps étrangers. La première passe par la voie rénale. Si le corps étranger est suffisamment petit pour passer à travers les filtres des reins (le produit doit avoir une taille inférieure à une dizaine de nm), il est évacué au niveau de la vessie. Ce mécanisme d’évacuation s’ob- serve généralement lorsqu’il s’agit de molécules ou de très petites particules. Une autre voie d’élimination possible est la captation par les macrophages. Les macrophages sont présents massivement dans le foie et la rate. Si les composées sont dégradables ou pe- tits, ils sont évacués par la bile et rejetés par les fèces. On peut également observé une captation par les noeuds lymphatiques, qui eux aussi contiennent des macrophages.
La biodistribution observée avec l’absence de signaux au niveau des reins et de la vessie (particules trop grosses) correspond donc à une captation par les macrophages du foie et de la rate.
4.2.2 Effet de la taille sur la biodistribution des particules
Les premières expériences réalisées ont été faites avec les particules MgSiO3 parinjection de 200µL d’une suspension à 25 mg/mL soit 5 mg de nanoparticules par souris. Les particules sont de part la synthèse plus grosses. D’autres part, nous n’avions pas encore mis en place la sélection des plus petites particules par sédimentation sélective (voir chapitre 5). Les particules injectées étaient donc un mélange et comportaient une proportion importante de particules de taille supérieure au micron.