Un nouvel appareil développé par des ingénieurs et des médecins de l'UCLA pourrait éventuellement aider les scientifiques à étudier le développement de la maladie, leur permettre de capturer des images améliorées de l'intérieur des cellules et conduire à d'autres améliorations dans la recherche médicale et biologique.

Les chercheurs ont créé un outil automatisé très efficace qui délivre des nanoparticules, enzymes, anticorps, bactéries et autres cargaisons "de grande taille" dans des cellules de mammifères à raison de 100, 000 cellules par minute—beaucoup plus rapide que la technologie actuelle, qui fonctionne à environ une cellule par minute.

La recherche, publié en ligne dans Méthodes naturelles le 6 avril, était dirigé par Eric Pei-Yu Chiou, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial et de bio-ingénierie à la Henry Samueli School of Engineering and Applied Science. Les collaborateurs comprenaient des étudiants, le personnel et les membres du corps professoral de l'école d'ingénieurs et de la David Geffen School of Medicine de l'UCLA.

Actuellement, le seul moyen de livrer ce que l'on appelle les gros cargos, particules jusqu'à 1 micromètre de taille, dans les cellules est en utilisant des micropipettes, outils semblables à des seringues courants dans les laboratoires, ce qui est beaucoup plus lent que la nouvelle méthode. D'autres approches pour injecter des matériaux dans les cellules, telles que l'utilisation de virus comme véhicules d'administration ou de méthodes chimiques, ne sont utiles que pour les petites molécules, qui mesurent généralement plusieurs nanomètres. (Un nanomètre est un millième de micromètre.)

Le nouvel appareil, appelé outil de chirurgie biophotonique assistée par laser, ou BLAST, est une puce de silicium avec un réseau de trous de l'ordre du micromètre, chacun entouré d'un asymétrique, revêtement semi-circulaire de titane. Sous les trous se trouve un puits de liquide qui comprend les particules à délivrer.

Les chercheurs utilisent une impulsion laser pour chauffer le revêtement en titane, qui fait bouillir instantanément la couche d'eau adjacente aux parties de la cellule. Cela crée une bulle qui explose près de la membrane cellulaire, résultant en une grande fissure, une réaction qui ne prend qu'environ un millionième de seconde. La fissure permet au liquide rempli de particules sous les cellules de s'y coincer avant que la membrane ne se referme. Un laser peut scanner toute la puce de silicium en 10 secondes environ.

Chiou a déclaré que la clé du succès de la technique est l'incision instantanée et précise de la membrane cellulaire.

"Plus tu coupes vite, moins vous avez de perturbations sur la membrane cellulaire, " dit Chiou, qui est également membre du California NanoSystems Institute.

L'insertion de grosses cargaisons dans des cellules pourrait conduire à des recherches scientifiques qui n'étaient pas possibles auparavant. Par exemple, la capacité de délivrer des mitochondries, pourrait modifier le métabolisme des cellules et aider les chercheurs à étudier les maladies causées par l'ADN mitochondrial mutant.

Cela pourrait également aider les scientifiques à disséquer la fonction des gènes impliqués dans le cycle de vie des agents pathogènes qui envahissent la cellule et à comprendre les mécanismes de défense de la cellule contre eux.

"Maintenant, peu importe la taille ou le type de matériau que vous souhaitez livrer. Vous pouvez simplement le pousser dans la cellule, " dit Chiou.

"Les nouvelles informations tirées de ces types d'études pourraient aider à identifier des cibles pathogènes pour le développement de médicaments, ou fournir des informations fondamentales sur la façon dont l'interaction agent pathogène-hôte permet à une infection productive ou à une réponse cellulaire efficace de se produire, " a déclaré le Dr Michael Teitell, chef de la division de pathologie pédiatrique et développementale, et co-auteur de l'article.

Parce que l'appareil peut livrer du fret à 100, 000 cellules à la fois, une seule puce peut fournir suffisamment de données pour une analyse statistique de la réponse des cellules dans une expérience.