Le CO2 est un gaz ininflammable, non explosif et non radioactif utilisé dans le monde entier dans les domaines physique, chimique, biologique et médical. La synthèse chimique permet de produire un grand nombre de composés complexes à partir de 13CO2. Ces composés trouvent de nombreuses applications dans les normes environnementales, la recherche médico-légale et le diagnostic. Il est bien connu que l'urée marquée au 13C peut être utilisée pour le test respiratoire à l'urée (après administration orale d'urée marquée au 13C, si une infection à Helicobacter pylori est présente dans l'estomac, l'urée marquée au 13C se décompose en CO2 marqué au 13C ; l'infection à H. pylori peut alors être diagnostiquée par la détection du 13C-CO2 dans l'air expiré à l'aide d'un spectromètre de masse à rapport isotopique de gaz de haute précision). L'urée marquée au carbone 13 (¹³C-urée), administrée par voie orale, se distribue uniformément dans l'estomac, ce qui permet de détecter avec une grande sensibilité l'infection à H. pylori dès sa présence au point de contact avec l'urée. Ces dernières années, l'utilisation de plusieurs composés dans les tests respiratoires non invasifs s'est également développée en pratique médicale. Le ¹³CO₂ est aussi utilisé comme gaz laser, non seulement en recherche fondamentale, mais aussi en clinique pour la laparoscopie laser.
Les biologistes nourrissent des algues, des bactéries et d'autres micro-organismes avec du gaz marqué au 13C pour étudier leurs processus métaboliques par RMN. Divers acides aminés, protéines, lipides, sucres et ADN peuvent être extraits d'organismes marqués au 13C. Le nombre de composés extraits augmente considérablement lorsque les algues ou bactéries marquées sont utilisées pour produire des micro-organismes plus évolués. Les scientifiques utilisent ces composés marqués pour déterminer la structure des macromolécules et les interactions des groupes de coordination entre les protéines. La culture d'algues dans une atmosphère de 13CO2 pur permet un marquage uniforme au 13C. Certains chercheurs ont nourri des poules avec de la spiruline ainsi marquée, ce qui permet d'étudier les acides aminés actifs.
Une application importante du glucose et de l'acide glutamique marqués au 13C est l'imagerie par résonance magnétique (IRM) métabolique compensatoire cérébrale. La prolifération cellulaire peut être mesurée grâce à l'ADN marqué au 13C. L'utilisation de composés marqués au 13C et de la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) du 13C permet d'explorer la structure et la quantification des gènes, offrant ainsi une vision globale du génome humain et des modifications de la composition moléculaire des cellules vivantes. L'application directe de 13CO2 aux systèmes biologiques (par exemple, en recouvrant les sols d'air enrichi en 13CO2) permet de suivre la dynamique du carbone dans les organismes vivants. Les substances marquées au 13C peuvent être utilisées pour analyser la composition en carbone organique des sols ainsi que les voies de transport de ce carbone.
Les plantes absorbent le CO₂ de l'air, et ce dernier peut être marqué au ¹³C. Cette technique trouve des applications en recherche fondamentale et appliquée, notamment pour étudier la biodisponibilité des nutriments et le métabolisme de la matière organique issue de plantes cultivées avec des isotopes stables (biodisponibilité des nutriments provenant de différents aliments chez les animaux et les humains). Le développement de composés marqués au ¹³C et d'instruments d'analyse a permis d'étendre les applications des isotopes stables, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives sur les interactions entre l'humain et l'environnement.
Date de publication : 26 juin 2024