Une nouvelle amélioration d'un dispositif de laboratoire sur puce permet aux chercheurs d'observer simultanément des milliers de cellules individuelles infectées par un virus, fournissant des informations importantes sur la dynamique de l'infection non disponibles avec les méthodes traditionnelles.

Une équipe de chercheurs de Penn State et de l'Université du Texas à Austin ont amélioré une version plus ancienne d'un dispositif microfluidique qu'ils ont développé, augmentant considérablement le nombre de cellules individuelles pouvant être observées en même temps et rendant cette approche monocellulaire historiquement laborieuse viable pour le criblage de médicaments. Un document décrivant l'appareil, qui donne également un aperçu de la façon dont les antiviraux fonctionnent et si un virus est susceptible de développer une résistance, paraît en ligne le 30 octobre, 2019 dans la revue Avancées scientifiques .

"Les méthodes traditionnelles pour étudier l'effet d'un antiviral sur les cellules infectées se concentrent sur une population de nombreuses cellules infectées, " a déclaré Craig Cameron, professeur et titulaire de la chaire de la famille Eberly en biochimie et biologie moléculaire à Penn State au moment de la recherche et auteur principal de l'article.

« Lorsque vous appliquez un antiviral à une dose particulière à une population, vous pouvez voir combien de cellules infectées sont tuées, ou l'efficacité de l'antiviral. Mais les cellules individuelles peuvent réagir différemment à un médicament, ce qui peut avoir des implications importantes pour l'issue de l'infection et la résistance aux médicaments. Nous avons précédemment développé un moyen d'étudier les cellules infectées individuelles, et ici, nous avons adapté la technique pour décupler le nombre de cellules individuelles que nous pouvons étudier en même temps. »

L'équipe utilise un dispositif microfluidique - une puce gravée de minuscules canaux - avec environ 5700 puits individuels, dont chacun peut être rempli d'un seul, cellules infectées. Leur appareil de première génération reposait sur une méthode qui laissait la plupart des puits vides. Maintenant, l'équipe a développé un piège physique qu'ils ont intégré dans l'une des couches de l'appareil, l'amélioration de l'occupation afin qu'ils puissent maintenant remplir environ 90 pour cent des puits.

"D'autres personnes ont essayé d'étudier les infections dans des cellules individuelles, mais ils doivent ajouter manuellement des cellules dans des plaques à 96 ou 384 puits, " dit Wu Liu, un chercheur postdoctoral à Penn State au moment de la recherche qui a développé le piège. "C'est fastidieux et chronophage. Avec notre piège et notre dispositif microfluidique, nous pouvons observer plus de 5000 cellules individuelles à la fois."

Pour tester l'appareil mis à jour, l'équipe a infecté des cellules avec une version modifiée du poliovirus qui produit une protéine fluorescente verte et a surveillé la quantité de fluorescence, qui augmente à mesure qu'un virus se réplique dans une cellule, heures supplémentaires. Ils ont également appliqué l'un des trois composés antiviraux aux cellules infectées. Ces composés sont connus pour être efficaces dans le traitement des infections virales et fonctionnent via différents mécanismes, cibler différentes parties du virus ou de l'hôte pour empêcher la réplication du virus.

L'équipe de recherche a mesuré cinq paramètres pour décrire l'évolution de l'infection, notamment le moment où le virus a commencé à se répliquer, à quelle vitesse il s'est répliqué, et la quantité maximale de croissance virale, qui ensemble fournissent une signature de l'effet du composé antiviral. Chacun des trois composés avait une signature différente, ce qui soutient l'idée que les composés avec des signatures différentes peuvent fonctionner de différentes manières. Comparer la signature d'un composé à celle de médicaments connus pourrait aider à affiner la cible du médicament, des informations qui nécessitent une recherche de suivi considérable après une étude basée sur la population.

« Pendant le développement du médicament, nous pourrions créer un certain nombre de composés différents qui sont structurellement similaires à un candidat médicament antiviral prometteur, " dit Cameron. " Maintenant, en comparant les signatures, nous pouvons déterminer si ces analogues agissent sur les mêmes cibles et les comparer à des médicaments connus pour être sûrs."

À l'aide de l'appareil, les chercheurs peuvent également dire si certains membres d'une population virale sont sensibles au traitement et à quel stade du cycle de vie du virus le traitement agit. Par exemple, une classe de médicaments semble cibler les membres les plus forts de la population virale, ce qui réduit la probabilité que le virus développe une résistance à un traitement.

"Cette approche unicellulaire pourrait également être utile pour étudier des combinaisons d'antiviraux, comme nous pouvons maintenant voir des effets autres que le nombre total de meurtres, " dit Cameron. " Par exemple, une combinaison de médicaments pourrait ralentir la vitesse de réplication du virus, ce qui pourrait donner au système immunitaire de l'hôte le temps d'éliminer l'infection. Vous ne verriez pas cela à partir d'une analyse de la population."

Parce qu'ils peuvent rapidement fournir tant d'informations, l'équipe espère que l'approche unicellulaire viendra compléter, ou peut-être même remplacer, dépistage précoce des candidats-médicaments. L'approche peut également être utilisée pour cribler des médicaments pour toute maladie pour laquelle il existe un test cellulaire qui surveille un changement de fluorescence.

« L'appareil est actuellement difficile à fabriquer, " dit Cameron, "Nous travaillons donc à le rendre plus accessible afin qu'il puisse être utilisé par n'importe qui."