The institute
FEMTO's news

Understanding the cytotoxicity of metallic nanoparticles

A recent study published in the journal "Chemical Science" and involving FEMTO-ST gives new insights into the understanding of the mechanisms of DNA alteration in cells by metallic nanoparticles.

Oxidative stress is one of the processes often incriminated in the genesis of many diseases, such as cancers. This oxidative stress is characterized by the production in cells of oxidizing species called ROS (reactive oxygen species), which can alter DNA. The production of ROS results from electron transfer processes involving metal cations. Fortunately, most cells have effective self-defense systems that prevent the formation of ROS. Molecules from the catechol family (aromatic molecules with at least two adjacent alcohol functions) act as ROS defense agents. These well-known electron exchange mechanisms are the perfect explanation for the toxicity of metal oxide nanoparticles. However, the mechanism of action of metal oxide nanoparticles is still unknown, even though they are more toxic than their oxide-based alter-ego or the corresponding metal cations in solution.

Researchers from the Néel Institute (CNRS/University Grenoble Alpes), the FEMTO-ST Institute (CNRS/University Bourgogne-Franche-Comté), the Institute of Materials Science in Madrid (Spain) and the Institute of Materials Science in Trieste (Italy) have discovered sources of cytoxicity for metallic nanoparticles.

To understand and model the role of the surface of nanoparticles, the researchers focused their study on a low-energy (particularly stable) surface of copper interacting with a molecular layer under ultra-high vacuum. Observations of individual molecules, using scanning tunneling microscopy, high-resolution analysis of the composition of each molecule, and ab initio calculations, revealed how the molecules are gradually transformed. The main result shows that the copper surface is the site of a very particular oxidation-reduction reaction, known as "intramolecular": the catechol molecules see their alcohol functions oxidized while other functions are reduced, thanks to a transfer of electrons between the substituents of the same molecule. This transformation is governed by the alignment of the electronic levels of the copper surface and the molecules, the copper surface "forcing" the molecule to transform itself to allow its adsorption.

This study proposes a mechanism of action of the surfaces of metallic nanoparticles to transform cell defense agents into ROS-type agents that can alter cellular DNA and thus cause cancer. The metal plays a catalytic role here, i.e. a minute quantity of copper surface can oxidize a very large quantity of catechol-type molecules. The study illustrates the power of the paraphernalia of surface science techniques to uncover the evolution of a priori very complex systems, including living systems. The work will be extended to validate in a biological environment the mechanism of action of the metallic nanoparticles discovered and to open up new perspectives in the understanding of the mechanisms of DNA alteration.

Online article

DOI : 10.1039/D0SC04883F

 Contact : Frédéric Chérioux

  • FEMTO Engineering partenaire du Carnot Télécom & Société numérique

    En juillet dernier le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche a renouvelé le label Carnot à l’Institut Télécom & Société Numérique (TSN) qui avait déposé une candidature en association avec le centre de développements technologiques de FEMTO-ST, à savoir FEMTO Engineering.

    Read more
  • 1er symposium national inter-labex

    Le 1er symposium national inter-labex« Excellence in Smart systems : les systèmes intelligents au service de la société » aura lieu le mercredi 23 novembre 2016, Besançon.

    Read more
  • Yannick Lefier récompensé lors de NFO-14

    Yannick Lefier (Doctorant de département d'Optique) vient de recevoir le prix du meilleur poster de la Conférence NFO-14.

    Read more
  • Leandro Rodrigues Cunha obtient un best paper award

    Leandro Rodrigues Cunha, doctorant au Département Mécanique Appliquée récompensé lors de la conférence ISMA/USD 2016.

    Read more
  • Mention spéciale du jury sur le salon Micronora 2016

    Le département d’optique de FEMTO-ST, à travers Nadège Courjal et son équipe, a développé une nouvelle technologie d’usinage à haut facteur de forme par découpe-polissage permettant la réalisation d’une nouvelle génération de composants optiques miniatures sur le matériau niobate de lithium. Cette innovation lui a valu la mention spéciale du jury sur le salon international des microtechniques ou l’institut FEMTO-ST est présent du 27 au 30 septembre.

    Read more
  • L'institut FEMTO-ST partenaire d'un programme européen Marie-Curie H2020 Innovative Training Networ

    The department of Optics of the FEMTO-ST research institute in Besançon
    in France currently has a vacancy for 2 3-years Ph.D positions working in
    the development of mid-infrared and ultraviolet supercontinuum fiber sources within the

    Read more
  • Vincent Laude reçoit le prix IEEE Carl Hellmuth Hertz 2016

    Prix international décerné annuellement par la société Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (IEEE/UFFC), il a été remis, au titre de l'année 2016 ce lundi 19 septembre à Tours, à Vincent Laude, chercheur à l’institut FEMTO-ST, pour ses « contributions substantielles à la physique des cristaux phononiques et des interactions entre son et lumière ».

    Read more
  • Rencontre thématique GDR Ondes

    "À la frontière de l’optique et de l’acoustique : optomécanique, cristaux phoxoniques, effet Brillouin, acousto-optique"

    Read more
  • L’ingénierie des métamatériaux révolutionne le confort sonore

    Solutions isolantes ultra-efficaces et d’épaisseur très fine, les métamatériaux acoustiques développés par une équipe de chercheurs de FEMTO-ST promettent de s’affranchir du bruit et des nuisances sonores. Le projet est accompagné par le programme de prématuration du CNRS.

    Read more
  • Micky Rakotondrabe reçoit le prix "Big on small"

    Le prix scientifique international "Big on small" remis à Micky Rakotondrabe (département AS2M) pour ses travaux en micromécatronique.

    Read more