Un trio de chimistes de l'Université d'Indiana Bloomington a créé un nouveau capteur pour détecter les changements chimiques dans les cellules immunitaires lors de la dégradation des agents pathogènes. Les travaux pourraient potentiellement contribuer au diagnostic précoce et au traitement des maladies infectieuses, comme la tuberculose, qui échappent à certains éléments de la réponse immunitaire du corps.

Les résultats ont été rapportés le 8 octobre dans Angewandte Chemie , une revue de chimie de premier plan. L'étude a été dirigée par Yan Yu, professeur agrégé au département de chimie du IU Bloomington College of Arts and Sciences.

Les particules de l'étude ont été conçues pour comprendre la phagocytose, le processus par lequel les cellules immunitaires absorbent et détruisent les agents pathogènes dans le corps. Au cours de ce processus important, les agents pathogènes sont engloutis dans des compartiments cellulaires appelés phagosomes, qui ensuite "mûrissent" par une séquence complexe de réactions chimiques, tuant la maladie envahissante.

"De nombreuses fonctions cellulaires importantes, y compris la phagocytose, s'appuyer sur l'orchestration de réactions chimiques complexes, mais mesurer ces différentes réactions en temps réel à l'intérieur d'une cellule vivante est extrêmement difficile, ", a déclaré Yu. "Cette étude montre que les particules du type conçu dans notre laboratoire sont largement applicables à la compréhension de nombreux types d'interactions chimiques complexes dans les cellules vivantes."

Les particules utilisées dans l'étude sont appelées particules Janus, nommé pour le dieu romain à deux visages. Les particules artificiellement construites sont ainsi nommées car les deux côtés de la même particule sont « revêtus » de différents capteurs chimiques. Ces capteurs peuvent jouer le rôle de détecteurs, ou "journalistes, " pour divers produits chimiques impliqués dans le processus biologique à l'étude.

Le laboratoire de Yu a mis au point une technique pour regrouper ces récepteurs très près les uns des autres sur la surface d'une particule de Janus, augmentant considérablement leur efficacité en tant qu'outil d'enquête.

Les recherches précédentes de Yu sur les particules de Janus ont donné de nouvelles informations sur la capacité du corps à résister aux infections fongiques, ainsi qu'une nouvelle méthode pour activer les cellules T du corps, qui sont utilisés pour lutter contre le cancer, améliorer la thérapie immunitaire, combattre les infections virales et induire une tolérance aux maladies auto-immunes. Ce dernier ouvrage fait l'objet d'un dépôt de brevet auprès de l'U.S. Patent and Trademark Office. Elle a également déposé un brevet provisoire sur la découverte nouvellement signalée.

Dans la nouvelle étude, L'équipe de Yu a conçu une particule Janus dont les deux faces sont constituées d'un rapporteur de pH de 3 micromètres et d'un rapporteur de protéolyse de 500 nanomètres. Par conséquent, les chercheurs ont pu mesurer simultanément deux processus chimiques impliqués dans la phagocytose - l'acidification et la protéolyse - au sein d'un seul phagosome en maturation en temps réel. Ils ont identifié que les phagosomes ont besoin d'une "lumière acide" pour activer les enzymes qui digèrent les agents pathogènes encapsulés à l'intérieur, une étape critique pour empêcher les agents pathogènes de se reproduire à l'intérieur des cellules immunitaires de l'hôte.

Ils ont également montré que le lipopolysaccharide, un composé de sucre présent dans les membranes de la paroi externe de nombreuses bactéries, peut affecter l'acidification et la protéolyse des phagosomes.

La compréhension de ces processus est particulièrement importante dans les infections bactériennes qui échappent à la réponse immunitaire du corps en détournant un ou plusieurs événements du processus de maturation du phagosome, contrecarrer la fonction protectrice du phagosome. Ces maladies comprennent la tuberculose, qui est le premier tueur de maladies infectieuses au monde, faisant environ 1,5 million de morts chaque année.

"Les particules Janus créées dans cette étude agissent comme un capteur pour détecter ces changements chimiques à l'intérieur des cellules immunitaires lors de la dégradation des agents pathogènes, " dit Yu. " Mais, plus généralement, le travail met en évidence la faisabilité des particules Janus en tant qu'outil général pour surveiller plusieurs réactions au sein d'une cellule, et met en évidence leur potentiel pour la détection et le diagnostic des maladies infectieuses. »

Les autres auteurs de l'étude sont Seonik Lee et Zihan Zhan, tous deux assistants de recherche diplômés dans le laboratoire de Yu à l'IU Bloomington.