Comment installer de nouvelles capacités dans les cellules sans interférer avec leurs processus métaboliques ? Une équipe de l'Université technique de Munich (TUM) et du Helmholtz Zentrum München ont modifié des cellules de mammifères de telle sorte qu'elles forment des compartiments artificiels dans lesquels des réactions séquestrées pourraient avoir lieu, permettant la détection de cellules en profondeur dans le tissu ainsi que leur manipulation avec des champs magnétiques.

Pr Gil Westmeyer, Professeur d'imagerie moléculaire à la TUM et responsable d'une équipe de recherche au Helmholtz Zentrum München, et son équipe a accompli cela en introduisant dans les cellules humaines l'information génétique pour produire des protéines bactériennes, les encapsulines, qui s'auto-assemblent en nanosphères. Cette méthode a permis aux chercheurs de créer de petits, espaces autonomes—compartiments cellulaires artificiels—à l'intérieur des cellules de mammifères.

Des aires protégées avec de nouvelles propriétés

La grande force des petites sphères est qu'elles ne sont pas toxiques pour la cellule et que des réactions enzymatiques peuvent s'y dérouler sans perturber les processus métaboliques de la cellule. "L'un des avantages cruciaux du système est que nous pouvons contrôler génétiquement quelles protéines, par exemple, protéines ou enzymes fluorescentes, sont encapsulés à l'intérieur des nanosphères, " explique Félix Sigmund, le premier auteur de l'étude. "Nous pouvons ainsi séparer spatialement les processus et donner aux cellules de nouvelles propriétés."

Mais les nanosphères ont aussi une propriété naturelle qui est particulièrement importante pour l'équipe de Westmeyer :elles peuvent absorber des atomes de fer et les traiter de telle sorte qu'ils restent à l'intérieur des nanosphères sans perturber les processus cellulaires. Cette biominéralisation du fer séquestré rend les particules ainsi que les cellules magnétiques. « Rendre les cellules visibles et contrôlables à distance en les rendant magnétiques est l'un de nos objectifs de recherche à long terme. Les nanocompartiments contenant du fer nous aident à faire un grand pas vers cet objectif, " explique Westmeyer.

Magnétique et pratique

En particulier, cela facilitera l'observation des cellules à l'aide de différentes méthodes d'imagerie :les cellules magnétiques peuvent également être observées en couches profondes avec des méthodes qui n'endommagent pas les tissus, comme l'imagerie par résonance magnétique (IRM). En collaboration avec le Dr Philipp Erdmann et le Prof. Jürgen Plitzko de l'Institut Max Planck de Biochimie, l'équipe pourrait en outre montrer que les nanosphères sont également visibles en microscopie cryoélectronique à haute résolution. Cette caractéristique les rend utiles en tant que rapporteurs de gènes qui peuvent marquer directement l'identité ou l'état cellulaire en microscopie électronique, similaire aux protéines fluorescentes couramment utilisées en microscopie optique. De plus, il y a même des avantages supplémentaires :les cellules magnétiques peuvent être systématiquement guidées à l'aide de champs magnétiques, permettant de les trier et de les séparer des autres cellules.

Utilisation en thérapie cellulaire envisageable

Une utilisation future possible des compartiments cellulaires artificiels est, par exemple, immunothérapies cellulaires, où les cellules immunitaires sont génétiquement modifiées de manière à pouvoir détruire sélectivement les cellules cancéreuses d'un patient. Avec les nouveaux nanocompartiments à l'intérieur des cellules manipulées, les cellules pourraient à l'avenir être localisées plus facilement grâce à des méthodes d'imagerie non invasives. « En utilisant les nanocompartiments équipés de manière modulaire, nous pourrions également être en mesure de donner aux cellules génétiquement modifiées de nouvelles voies métaboliques pour les rendre plus efficaces et robustes, " explique Westmeyer. " Il y a bien sûr de nombreux obstacles à surmonter dans les modèles précliniques d'abord, mais la capacité de contrôler génétiquement les réacteurs modulaires dans les cellules de mammifères pourrait être très utile pour ces approches. »