Sondes luminescentes à base de lanthanides solubles dans l'eau

La très forte sensibilité des méthodes analytiques basées sur la fluorescence a conduit au développement de nouveaux marqueurs fluorescents pour l'analyse et l'imagerie biologique.Cependant, l'utilisation de ces marqueurs est limitée par des problèmes d'autofluorescence des milieux biologiques et de diffraction de lumière. L'utilisation de luminophores possédant un temps de vie de luminescence long couplé à la détection du signal en temps résolu permet de s'affranchir de ces problèmes et d'augmenter la sensibilité de détection. Les chélates d'ions lanthanides, en particulier d'europium et de terbium, se sont avérés être de très bons candidats, notamment du fait de leurs longs temps de vie de l'état excité. Dans ces complexes l'excitation directe des ions lanthanides étant difficile à obtenir, celle-ci a lieu indirectement par l'intermédiaire de chromophores organiques qui absorbent généralement la lumière UV, créant des risques de photodégradation. Dans un premier temps, ce travail a porté sur la synthèse de ligands organiques et de métalloligands à base de platine permettant d'étudier le déplacement vers le visible des propriétés d'absorption des complexes d'europium. Dans un deuxième temps, nous avons synthétisé des complexes d'europium et de terbium à partir de ligands nonadentade à base de bispyrazolylpyridine et étudié leurs propriétés spectroscopiques (absorption, émission, rendement quantique et temps de vie de luminescence). Ces complexes possèdent de très bonnes propriétés de complexation et de luminescence et la méthode synthétique utilisée permet l'introduction d'une fonction carboxylate, potentiellement activable en ester de NHS pour le marquage covalent de matériel biologique. Certains chélates d'europium ont été testés en imagerie cellulaire et en absorption biphotonique, permettant d'envisager leur utilisation en microscopie à deux photons, par excitation dans le rouge ou le proche infra-rouge. Pour un complexe d'ytterbium soluble dans l'eau et possédant une fonction de greffage, le temps de vie de luminescence très élevé (1,6 ms) permet d'envisager des applications à la détection en temps résolu dans le proche infra-rouge.The high sensitivity of analytical methods based on fluorescence has led to the development of new fluorescent markers for biological analysis and imaging. However, the use of these dyes is limited by the selffluorescence of biological media and light scattering. The use of long-lived luminophores coupled to time-resolved detection of the signal allow to avoid these problems and to enhance the detection sensitivity. The lanthanide ion chelates, in particular of europium and terbium, proved to be good candidates due to their long-lived excited states lifetimes. In these complexes, the direct excitation of lanthanide being difficult to achieve, it is indirectly obtained through organic chromophores, absorbing in the UV, creating risks of photodegradation. This work was first based on the synthesis of organic ligands and platinum-based metalloligands allowing to study the displacement of the absorption properties of europium complexes toward the visible region. Then, we synthesised europium and terbium complexes from nonadentate ligands based on bispyrazolylpyridine and studied their spectroscopic properties (absorption, emission, luminescence quantum yield and lifetime). These complexes possess good complexation and luminescence properties and the synthetic methodology permits the introduction of a carboxylate function, potentially activable into NHS ester for biological labelling. Some europium chelates have been tested in cell imaging and others for their biphotonic absorption properties (allowing the excitation of the complexes in the red or infra-red region). For a water soluble ytterbium complex possessing a grafting function, the long-lived luminescence lifetime (1,6 ms) opens perspectives for time-resolved detection in the infra-red region

Sondes luminescentes à base de lanthanides solubles dans l'eau

La très forte sensibilité des méthodes analytiques basées sur la fluorescence a conduit au développement de nouveaux marqueurs fluorescents pour l'analyse et l'imagerie biologique.Cependant, l'utilisation de ces marqueurs est limitée par des problèmes d'aThe high sensitivity of analytical methods based on fluorescence has led to the development of new fluorescent markers for biological analysis and imaging. However, the use of these dyes is limited by the selffluorescence of biological media and light sc

Sondes luminescentes à base de lanthanides solubles dans l'eau

La très forte sensibilité des méthodes analytiques basées sur la fluorescence a conduit au développement de nouveaux marqueurs fluorescents pour l analyse et l imagerie biologique.Cependant, l utilisation de ces marqueurs est limitée par des problèmes d autofluorescence des milieux biologiques et de diffraction de lumière. L utilisation de luminophores possédant un temps de vie de luminescence long couplé à la détection du signal en temps résolu permet de s affranchir de ces problèmes et d augmenter la sensibilité de détection. Les chélates d ions lanthanides, en particulier d europium et de terbium, se sont avérés être de très bons candidats, notamment du fait de leurs longs temps de vie de l état excité. Dans ces complexes l excitation directe des ions lanthanides étant difficile à obtenir, celle-ci a lieu indirectement par l intermédiaire de chromophores organiques qui absorbent généralement la lumière UV, créant des risques de photodégradation. Dans un premier temps, ce travail a porté sur la synthèse de ligands organiques et de métalloligands à base de platine permettant d étudier le déplacement vers le visible des propriétés d absorption des complexes d europium. Dans un deuxième temps, nous avons synthétisé des complexes d europium et de terbium à partir de ligands nonadentade à base de bispyrazolylpyridine et étudié leurs propriétés spectroscopiques (absorption, émission, rendement quantique et temps de vie de luminescence). Ces complexes possèdent de très bonnes propriétés de complexation et de luminescence et la méthode synthétique utilisée permet l introduction d une fonction carboxylate, potentiellement activable en ester de NHS pour le marquage covalent de matériel biologique. Certains chélates d europium ont été testés en imagerie cellulaire et en absorption biphotonique, permettant d envisager leur utilisation en microscopie à deux photons, par excitation dans le rouge ou le proche infra-rouge. Pour un complexe d ytterbium soluble dans l eau et possédant une fonction de greffage, le temps de vie de luminescence très élevé (1,6 ms) permet d envisager des applications à la détection en temps résolu dans le proche infra-rouge.The high sensitivity of analytical methods based on fluorescence has led to the development of new fluorescent markers for biological analysis and imaging. However, the use of these dyes is limited by the selffluorescence of biological media and light scattering. The use of long-lived luminophores coupled to time-resolved detection of the signal allow to avoid these problems and to enhance the detection sensitivity. The lanthanide ion chelates, in particular of europium and terbium, proved to be good candidates due to their long-lived excited states lifetimes. In these complexes, the direct excitation of lanthanide being difficult to achieve, it is indirectly obtained through organic chromophores, absorbing in the UV, creating risks of photodegradation. This work was first based on the synthesis of organic ligands and platinum-based metalloligands allowing to study the displacement of the absorption properties of europium complexes toward the visible region. Then, we synthesised europium and terbium complexes from nonadentate ligands based on bispyrazolylpyridine and studied their spectroscopic properties (absorption, emission, luminescence quantum yield and lifetime). These complexes possess good complexation and luminescence properties and the synthetic methodology permits the introduction of a carboxylate function, potentially activable into NHS ester for biological labelling. Some europium chelates have been tested in cell imaging and others for their biphotonic absorption properties (allowing the excitation of the complexes in the red or infra-red region). For a water soluble ytterbium complex possessing a grafting function, the long-lived luminescence lifetime (1,6 ms) opens perspectives for time-resolved detection in the infra-red region.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

A straightforward and convenient pathway for the synthesis of functional bismacrocyclic ligands

The synthesis of a novel DO3A-based bismacrocyclic ligand is reported. The synthetic pathway involved a series of simple and convenient steps, which can easily provide the desired product in larger quantities than produced in current synthetic procedures. This method enables the facile preparation of binuclear macrocyclic complexes which can be used in MRI, as well as other molecular imaging modalities

Investigation of a Calcium-Responsive Contrast Agent in Cellular Model Systems: Feasibility for Use as a Smart Molecular Probe in Functional MRI

Responsive or smart contrast agents (SCAs) represent a promising direction for development of novel functional MRI (fMRI) methods for the eventual noninvasive assessment of brain function. In particular, SCAs that respond to Ca2+ may allow tracking neuronal activity independent of brain vasculature, thus avoiding the characteristic limitations of current fMRI techniques. Here we report an in vitro proof-of-principle study with a Ca2+-sensitive, Gd3+-based SCA in an attempt to validate its potential use as a functional in vivo marker. First, we quantified its relaxometric response in a complex 3D cell culture model. Subsequently, we examined potential changes in the functionality of primary glial cells following administration of this SCA. Monitoring intracellular Ca2+ showed that, despite a reduction in the Ca2+ level, transport of Ca2+ through the plasma membrane remained unaffected, while stimulation with ATP induced Ca2+-transients suggested normal cellular signaling in the presence of low millimolar SCA concentrations. SCAs merely lowered the intracellular Ca2+ level. Finally, we estimated the longitudinal relaxation times (T1) for an idealized in vivo fMRI experiment with SCA, for extracellular Ca2+ concentration level changes expected during intense neuronal activity which takes place upon repetitive stimulation. The values we obtained indicate changes in T1 of around 1ndash;6%, sufficient to be robustly detectable using modern MRI methods in high field scanners. Our results encourage further attempts to develop even more potent SCAs and appropriate fMRI protocols. This would result in novel methods that allow monitoring of essential physiological processes at the cellular and molecular level

Dual-frequency calcium-responsive MRI agents

© 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim