L’imagerie nanoplasmonique révèle la sécrétion de protéines en temps réel

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Les sécrétions cellulaires comme les protéines, les anticorps et les neurotransmetteurs jouent un rôle essentiel dans la réponse immunitaire, le métabolisme et la communication entre les cellules. Comprendre les sécrétions cellulaires est essentiel pour développer des traitements contre les maladies, mais les méthodes actuelles ne peuvent rapporter que la quantité de sécrétions, sans aucun détail quant au moment et à l’endroit où elles sont produites.

Aujourd’hui, des chercheurs du Laboratoire de systèmes BIOnanophotoniques (BIOS) de la Faculté des sciences de l’ingénieur et de l’Université de Genève ont développé une nouvelle approche d’imagerie optique qui donne une vue en quatre dimensions des sécrétions cellulaires dans l’espace et dans le temps. En plaçant des cellules individuelles dans des puits microscopiques dans une puce plaquée or nanostructurée, puis en induisant un phénomène appelé résonance plasmonique à la surface de la puce, elles sont capables de cartographier les sécrétions au fur et à mesure de leur production, tout en observant la forme et le mouvement des cellules.

Comme elle fournit une vue détaillée sans précédent du fonctionnement et de la communication des cellules, les scientifiques pensent que leur méthode, récemment publiée dans Nature Génie biomédicala un potentiel “énorme” pour le développement pharmaceutique ainsi que pour la recherche fondamentale.

“Un aspect clé de notre travail est qu’il nous permet de cribler les cellules individuellement à haut débit. Les mesures collectives de la réponse moyenne de nombreuses cellules ne reflètent pas leur hétérogénéité… et en biologie, tout est hétérogène, des réponses immunitaires aux C’est pourquoi le cancer est si difficile à traiter », explique Hatice Altug, responsable du BIOS.

Un million d’éléments sensibles

Au cœur de la méthode des scientifiques se trouve un 1 cm2 puce nanoplasmonique composée de millions de minuscules trous et de centaines de chambres pour les cellules individuelles. La puce est constituée d’un substrat d’or nanostructuré recouvert d’un fin maillage polymère. Chaque chambre est remplie d’un milieu cellulaire pour maintenir les cellules vivantes et saines pendant l’imagerie.

« Les sécrétions cellulaires sont comme les mots de la cellule : elles se propagent de manière dynamique dans le temps et dans l’espace pour se connecter avec d’autres cellules. Notre technologie capture l’hétérogénéité clé en termes d’endroit et de distance parcourue par ces ” mots ” », explique le doctorant de BIOS et premier l’auteur Saeid Ansaryan.

La partie nanoplasmonique intervient grâce à un faisceau lumineux qui fait osciller les électrons d’or. La nanostructure est conçue de manière à ce que seules certaines longueurs d’onde puissent la pénétrer. Lorsque quelque chose – comme la sécrétion de protéines – se produit à la surface de la puce pour modifier la lumière qui la traverse, le spectre se déplace. Un capteur d’image CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) et une LED traduisent ce décalage en variations d’intensité sur les pixels CMOS.

“La beauté de notre appareil réside dans le fait que les nanotrous répartis sur toute la surface transforment chaque point en un élément de détection. Cela nous permet d’observer les schémas spatiaux des protéines libérées, quelle que soit la position des cellules”, explique Ansaryan.

La méthode a permis aux scientifiques d’avoir un aperçu de deux processus cellulaires essentiels – la division cellulaire et la mort cellulaire – et d’étudier les cellules B délicates des donneurs humains sécrétant des anticorps.

“Nous avons vu le contenu cellulaire libéré lors de deux formes de mort cellulaire, l’apoptose et la nécroptose. Dans cette dernière, le contenu est libéré dans une rafale asymétrique, résultant en une signature d’image ou une empreinte digitale. Cela n’a jamais été montré auparavant au niveau de la cellule unique. niveau », dit Altug.

Dépistage de la forme physique des cellules

Étant donné que la méthode baigne les cellules dans un milieu cellulaire nutritif et ne nécessite pas les marqueurs fluorescents toxiques utilisés par d’autres technologies d’imagerie, les cellules à l’étude peuvent facilement être récupérées. Cela donne à la méthode un grand potentiel d’utilisation dans le développement de médicaments pharmaceutiques, de vaccins et d’autres traitements ; par exemple, pour aider les chercheurs à comprendre comment les cellules réagissent à différentes thérapies au niveau individuel.

“Comme la quantité et le schéma des sécrétions produites par une cellule sont un indicateur pour déterminer leur efficacité globale, nous pourrions également imaginer des applications d’immunothérapie où vous criblez les cellules immunitaires des patients pour identifier celles qui sont les plus efficaces, puis créez une colonie de ces cellules, ” dit Ansaryan.

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