Cette illustration représente l'appareil utilisé pour mesurer une protéine individuelle. L'encart montre des protéines (en rouge) circulant à travers un nanopore. Crédit :Université du Michigan
Dans des recherches qui pourraient un jour conduire à des avancées contre les maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, Des chercheurs en ingénierie de l'Université du Michigan ont démontré une technique permettant de mesurer avec précision les propriétés de molécules de protéines individuelles flottant dans un liquide.
Les protéines sont essentielles au fonctionnement de chaque cellule. La mesure de leurs propriétés dans le sang et d'autres fluides corporels pourrait débloquer des informations précieuses, car les molécules sont un élément essentiel du corps. Le corps les fabrique dans une variété de formes complexes qui peuvent transmettre des messages entre les cellules, transporter de l'oxygène et remplir d'autres fonctions importantes.
Parfois, cependant, les protéines ne se forment pas correctement. Les scientifiques pensent que certains types de ces protéines déformées, appelés amyloïdes, peuvent s'agglutiner en masses dans le cerveau. Les enchevêtrements collants bloquent le fonctionnement normal des cellules, conduisant à la dégénérescence et à la maladie des cellules du cerveau.
Mais les processus de formation et de regroupement des amyloïdes ne sont pas bien compris. Cela est dû en partie au fait qu'il n'y a actuellement pas de bonne façon de les étudier. Les chercheurs disent que les méthodes actuelles sont chères, chronophage et difficile à interpréter, et ne peut que fournir une vue d'ensemble du niveau global d'amyloïdes dans le système d'un patient.
Les chercheurs de l'Université du Michigan et de l'Université de Fribourg qui ont développé la nouvelle technique pensent qu'elle pourrait aider à résoudre le problème en mesurant la forme d'une molécule individuelle, le volume, Charge électrique, vitesse de rotation et propension à se lier à d'autres molécules.
Ils appellent ces informations une "empreinte 5D" et pensent qu'elles pourraient révéler de nouvelles informations qui pourraient un jour aider les médecins à suivre l'état des patients atteints de maladies neurodégénératives et peut-être même à développer de nouveaux traitements. Leurs travaux sont détaillés dans un article publié dans Nature Nanotechnologie .
« Imaginez le défi d'identifier une personne spécifique en fonction uniquement de sa taille et de son poids, " a déclaré David Sept, un professeur de génie biomédical de l'UM qui a travaillé sur le projet. "C'est essentiellement le défi auquel nous sommes confrontés avec les techniques actuelles. Imaginez à quel point ce serait plus facile avec des descripteurs supplémentaires comme le genre, la couleur des cheveux et les vêtements. C'est le genre de nouvelles informations fournies par les empreintes digitales 5-D, ce qui rend beaucoup plus facile l'identification de protéines spécifiques."
Cette illustration représente une vue latérale de protéines (bleues) circulant à travers deux nanopores chargés électriquement. Crédit :Université du Michigan
Michel Mayer, l'auteur principal de l'étude et un ancien chercheur U-M qui est maintenant professeur de biophysique à l'Institut Adolphe Merkle en Suisse, dit que l'identification de protéines individuelles pourrait aider les médecins à mieux suivre l'état de la maladie d'un patient, et cela pourrait également aider les chercheurs à mieux comprendre comment les protéines amyloïdes sont impliquées dans les maladies neurodégénératives.
Pour prendre les mesures détaillées, l'équipe de recherche utilise un nanopore de 10 à 30 nanomètres de large, si petit qu'une seule molécule de protéine peut y passer à la fois. Les chercheurs ont rempli le nanopore d'une solution saline et ont fait passer un courant électrique à travers la solution.
Lorsqu'une molécule de protéine passe à travers le nanopore, son mouvement provoque de minuscules, fluctuations mesurables du courant électrique. En mesurant soigneusement ce courant, les chercheurs peuvent déterminer la signature unique en cinq dimensions de la protéine et l'identifier presque instantanément.
"Les molécules amyloïdes varient non seulement considérablement en taille, mais ils ont tendance à se regrouper en masses encore plus difficiles à étudier, " Dit Mayer. " Parce qu'il peut analyser chaque particule une par une, cette nouvelle méthode nous donne une bien meilleure fenêtre sur la façon dont les amyloïdes se comportent à l'intérieur du corps."
Finalement, l'équipe vise à développer un appareil que les médecins et les chercheurs pourraient utiliser pour mesurer rapidement les protéines dans un échantillon de sang ou d'autres fluides corporels. Cet objectif est probablement prévu dans plusieurs années ; en attendant, ils travaillent à améliorer la précision de la technique, l'aiguiser afin d'obtenir une meilleure approximation de la forme de chaque protéine. Ils croient qu'à l'avenir, la technologie pourrait également être utile pour mesurer les protéines associées aux maladies cardiaques et dans diverses autres applications.
"Je pense que les possibilités sont assez vastes, " dit Sept. " Anticorps, hormones plus grosses, peut-être que tous les agents pathogènes pourraient être détectés. Les nanoparticules synthétiques pourraient également être facilement caractérisées pour voir à quel point elles sont uniformes. »
L'étude s'intitule « Approximation de forme en temps réel et empreinte digitale de protéines uniques à l'aide d'un nanopore ».
