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

  • Yann Le Gorrec lauréat du prix du service 2017 de l'IFAC France

    Le prix du service 2017 de l'"International Federation of Automatic Control" sera remis en juillet prochain à Yann Le Gorrec, enseignant chercheur au sein de l'institut FEMTO-ST

    Read more
  • Un capteur de rayons X miniature pour une médecine de haute précision

    Détecter les rayons X à une très petite échelle spatiale ouvre la voie à des images médicales et des thérapies de haute précision. C'est ce qu'a réalisé une équipe d'opticiens de FEMTO-ST en intégrant un détecteur à l'extrémité d'une fibre optique. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue Optics Letters et font les "highlights" de l'OSA (Optical Society)

    Read more
  • Nesrine BELKADI, Rania MEZZI et Bogdan PENKOVSKI finalistes de Ma thèse en 180 secondes

    Nesrine BELKADI, Rania MEZZI et Bogdan PENKOVSKI, Doctorants à FEMTO-ST, font partie des 10 finalistes de « Ma thèse en 180 secondes ».
    Venez les encourager le mardi 4 avril à 18 heures à l'amphithéâtre Chosson AgroSup Dijon !

    Read more
  • Prix EEA pour Marine Jouin

    Marine Jouin est lauréate du prix de thèse du Club EEA - section automatique, session 2017.

    Read more
  • Concours photo 2016 de l'Optical Society of America, 3ème place pour Rémi Meyer

    La photo proposée Rémi Meyer (doctorant Optique) lors du concours photo organisé par l'Optical Society of America a été classée 3ème.

    Read more
  • Un cerveau optique ultra rapide

    L'association de tous nouveaux concepts de calculs basés sur les réseaux de neurones artificiels, et de composants photoniques, a permis la mise au point d'un processeur optique capable de résoudre des problèmes complexes de manière ultra-rapide. Le résultat de ces travaux développés par une équipe d’opticiens de FEMTO-ST sont publiés dans la revue « Physical Review X »

    Read more
  • De nouveaux matériaux contre les nuisances sonores

    les sources de pollution sonore sont multiples dans notre quotidien et ont des répercussions aussi bien sur la santé que sur l'économie. À l'institut FEMTO-ST, chercheurs et ingénieurs se penchent sur cette problématique qui nous concerne tous afin de développer des métamatériaux capables d'absorber le son. Pour tester leur invention, direction la salle sourde du laboratoire située dans les locaux de l'IUT…

    Read more
  • Nouvelle méthode informatique dans le traitement des tumeurs rénales chez l'enfant

    Dans le cadre d’un projet INTERREG, l’institut FEMTO-ST en lien avec ses différents partenaires franco-suisses va développer une méthode informatique capable de construire des représentations en trois dimensions de reins tumoraux chez l’enfant à partir d’images scanner et sans intervention humaine.

    Read more
  • Dilater le temps pour mieux prédire les évènements extrêmes

    Dilater les échelles de temps pour explorer les évènements extrêmes de la nature semblait impossible… Cette prouesse est désormais envisageable grâce à une équipe de l’Institut FEMTO-ST qui a utilisé une technique innovante de détection permettant de capturer en temps réel de tels évènements. Cette technique, appliquée pour le moment à la photonique, pourrait aider à la prédiction de vagues scélérates à la surface des océans ou d’autres évènements naturels extrêmes. Ces travaux, menés en collaboration avec des chercheurs finlandais, irlandais et canadiens, sont publiés dans la prestigieuse revue « Nature Communications » du 19 décembre 2016.

    Read more
  • Participez au IEEE VTS Motor Vehicles Challenge 2017

    Une compétition internationale basée sur de la simulation et co-organisée par FEMTO-ST. L'objectif : optimiser la gestion de différentes sources d'énergie d'un véhicule hybride pour minimiser son coût de fonctionnement.

    Read more