Le cancer laisse tomber très tôt des indices chimiques clairsemés de sa présence, mais malheureusement, beaucoup d'entre eux appartiennent à une classe de produits biochimiques qui n'ont pas pu être détectés à fond, jusqu'à maintenant.

Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont conçu un piège chimique qui capture de manière exhaustive ce qu'on appelle les glycoprotéines, y compris de minuscules traces qui ont déjà échappé à la détection.

Les glycoprotéines sont des molécules de protéines liées à des molécules de sucre, et ils sont très communs dans tous les êtres vivants. Les glycoprotéines se présentent sous une myriade de variétés et de tailles et constituent des structures cellulaires importantes comme les récepteurs cellulaires. Ils se promènent également dans notre corps dans des sécrétions comme du mucus ou des hormones.

Mais certaines glycoprotéines sont très, très rare et peut servir de signal précoce, ou biomarqueur, indiquant qu'il y a quelque chose qui ne va pas dans le corps, comme le cancer. Les méthodes existantes pour enrouler les glycoprotéines pour l'examen en laboratoire sont relativement nouvelles et ont eu de gros trous dans leurs filets, tant de ces molécules, surtout les très rares, ont eu tendance à passer.

Traces cancéreuses

"Ces minuscules traces sont d'une importance cruciale pour la détection précoce des maladies, " a déclaré le chercheur principal Ronghu Wu, professeur à l'École de chimie et de biochimie de Georgia Tech. "Quand le cancer ne fait que commencer, des glycoprotéines aberrantes sont produites et sécrétées dans les fluides corporels tels que le sang et l'urine. Souvent leurs abondances sont extrêmement faibles, mais les attraper est urgent."

Ce nouveau piège chimique, qui a pris plusieurs années aux chimistes de Georgia Tech pour se développer et est basé sur un acide boronique, s'est avéré extrêmement efficace dans les tests de laboratoire, y compris sur des cellules humaines en culture et des échantillons de tissus de souris.

"Cette méthode est très universelle, " a déclaré le premier auteur Haopeng Xiao, un assistant de recherche diplômé. "Nous obtenons plus de 1, 000 glycoprotéines dans un très petit échantillon de laboratoire."

En comparaison des tests avec les méthodes existantes, le piège chimique, une construction moléculaire complexe rappelant une pieuvre, capturé exponentiellement plus de glycoprotéines, en particulier plus de ces traces de glycoprotéines.

Wu, Xiao et Weixuan Chen, un ancien chercheur postdoctoral de Georgia Tech, qui était également le premier auteur de l'étude, ont publié leurs résultats dans la revue Nature Communications. La recherche a été financée par la National Science Foundation et les National Institutes of Health.

Bundle boronique

Pour les as de la chimie, voici un bref résumé de la façon dont les chercheurs ont fabriqué la pieuvre. Ils ont pris une bonne chose et ont doublé puis triplé.

Ceux qui se souviennent d'un cours de chimie au lycée savent peut-être encore ce qu'est l'acide borique, tout comme les gens qui l'utilisent pour tuer les cafards. Sa structure chimique est un atome de bore lié à trois groupes hydroxyle (H3BO3).

Les acides boroniques sont une famille de composés organiques qui s'appuient sur l'acide borique. Il existe de nombreux membres de la famille de l'acide boronique, et ils ont tendance à bien se lier aux glycoprotéines, mais leurs liens peuvent être moins fiables que nécessaire.

"La plupart des acides boroniques laissent s'échapper trop de glycoprotéines peu abondantes, " Wu a dit. " Ils peuvent attraper des glycoprotéines qui sont en grande abondance mais pas celles en faible abondance, ceux qui nous disent des choses plus précieuses sur le développement cellulaire ou sur les maladies humaines. »

Poulpe au benzoboroxole

Mais les chimistes de Georgia Tech ont pu tirer parti des forces des acides boroniques pour développer une méthode de capture des glycoprotéines qui fonctionne exceptionnellement bien.

D'abord, ils ont testé plusieurs dérivés d'acide boronique et ont découvert que l'un appelé benzoboroxole était fortement lié à chaque composant de sucre sur le glycopeptide. ("Peptide" fait référence à la composition chimique de base d'une protéine.)

Ensuite, ils ont cousu de nombreuses molécules de benzoboroxole avec d'autres composants pour former un « dendrimère, " qui fait référence à la structure résultante en forme de branche ou de tentacule. La grande molécule finie ressemblait à une pieuvre prête à s'attaquer à ces composants de sucre.

En son milieu, positionné de manière similaire à la tête d'une pieuvre, était une perle magnétique, qui agissait comme une sorte de poignée. Une fois que le dendrimère a attrapé une glycoprotéine, les chercheurs ont utilisé un aimant pour saisir la perle et retirer leur pieuvre chimique avec ses glycopeptides piégés (par exemple, les glycoprotéines).

« Ensuite, nous avons lavé le dendrimère avec une solution à faible pH, et nous avons fait analyser les glycoprotéines avec des choses comme la spectrométrie de masse, " a déclaré Wu.

Traitements contre le cancer ?

Les chercheurs ont des idées sur la façon dont les chercheurs en laboratoire médical pourraient utiliser concrètement la nouvelle méthode Georgia Tech pour détecter les biomolécules étranges émises par le cancer, tels que les antigènes. Par exemple, le poulpe chimique pourrait améliorer la détection des antigènes spécifiques de la prostate (PSA) dans les dépistages du cancer de la prostate.

"Le PSA est une glycoprotéine. À l'heure actuelle, si le niveau est très élevé, nous savons que le patient peut avoir un cancer, et si c'est très bas, nous savons que le cancer n'est pas probable, " dit Wu. " Mais il y a une zone grise entre les deux, et cette méthode pourrait conduire à des informations beaucoup plus détaillées dans cette zone grise."

Les chercheurs pensent également que les développeurs pourraient tirer parti de l'invention chimique pour produire des traitements ciblés contre le cancer. Les cellules immunitaires pourraient être entraînées à reconnaître les glycoprotéines aberrantes, traquer leurs cellules cancéreuses source dans le corps et les tuer.

Le potentiel de la recherche pour la science va bien au-delà de ses futures applications médicales possibles.

Les domaines de la génomique et de la protéomique ont fait de grands progrès. En suivant leurs traces, ce nouveau piège moléculaire pourrait faire avancer l'étude du domaine croissant de la glycoscience.