Globules rouges humains, dans lequel les protéines membranaires sont ciblées et marquées par des points quantiques, révèlent le comportement de regroupement des protéines. Le nombre de traits violets, qui indiquent les noyaux des parasites du paludisme, augmente à mesure que le développement du paludisme progresse. Le logo NIST en bas a été réalisé par une technique de photolithographie sur un film mince de points quantiques, tirant parti de la propriété selon laquelle les points groupés présentent une photoluminescence accrue. (Barres blanches :1 micromètre ; rouges :10 micromètres.) Crédit :NIST
Si vous observez les processus complexes dans une cellule vivante, il est facile de rater quelque chose d'important, surtout si vous observez des changements qui prennent beaucoup de temps à se dérouler et nécessitent une imagerie à haute résolution spatiale. Mais de nouvelles recherches permettent de scruter les activités qui se déroulent sur des heures voire des jours à l'intérieur des cellules, résolvant potentiellement de nombreux mystères associés aux événements à l'échelle moléculaire se produisant dans ces minuscules êtres vivants.
Une équipe de recherche commune, travaillant au National Institute of Standards and Technology et au National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), a découvert une méthode d'utilisation de nanoparticules pour illuminer l'intérieur cellulaire afin de révéler ces processus lents. Nanoparticules, des milliers de fois plus petit qu'une cellule, ont une variété d'applications. Un type de nanoparticule appelé point quantique brille lorsqu'il est exposé à la lumière. Ces particules semi-conductrices peuvent être revêtues de matériaux organiques, qui sont conçus pour être attirés par des protéines spécifiques dans la partie d'une cellule qu'un scientifique souhaite examiner.
"Les points quantiques durent plus longtemps que de nombreux colorants organiques et protéines fluorescentes que nous utilisions auparavant pour illuminer l'intérieur des cellules, " dit le biophysicien Jeeseong Hwang, qui a dirigé l'équipe du côté du NIST. "Ils ont également l'avantage de surveiller les changements dans les processus cellulaires alors que la plupart des techniques à haute résolution comme la microscopie électronique ne fournissent que des images de processus cellulaires figés à un moment donné. À l'aide de points quantiques, nous pouvons maintenant élucider les processus cellulaires impliquant les mouvements dynamiques des protéines."
Pour leur récente étude, l'équipe s'est principalement concentrée sur la caractérisation des propriétés des points quantiques, en les contrastant avec d'autres techniques d'imagerie. Dans un exemple, ils ont utilisé des points quantiques conçus pour cibler un type spécifique de protéine de globules rouges humains qui fait partie d'une structure de réseau dans la membrane interne de la cellule. Lorsque ces protéines se regroupent dans une cellule saine, le réseau offre une flexibilité mécanique à la cellule afin qu'elle puisse se faufiler à travers des capillaires étroits et d'autres espaces restreints. Mais lorsque la cellule est infectée par le parasite du paludisme, la structure de la protéine du réseau change.
"Parce que le mécanisme de clustering n'est pas bien compris, nous avons décidé de l'examiner avec les points, " explique le biophysicien du NIAID Fuyuki Tokumasu. " Nous avons pensé que si nous pouvions développer une technique pour visualiser le regroupement, nous pourrions apprendre quelque chose sur la progression d'une infection palustre, qui a plusieurs stades de développement distincts."
Les efforts de l'équipe ont révélé que lorsque les protéines membranaires se regroupent, les points quantiques qui leur sont attachés sont incités à se regrouper et à briller plus intensément, permettant aux scientifiques d'observer la progression du regroupement des protéines. Plus généralement, l'équipe a découvert que lorsque les points quantiques se fixent à d'autres nanomatériaux, les propriétés optiques des points changent de manière unique dans chaque cas. Ils ont également trouvé des preuves que les propriétés optiques des points quantiques sont altérées à mesure que l'environnement à l'échelle nanométrique change, offrant une plus grande possibilité d'utiliser des points quantiques pour détecter l'environnement biochimique local à l'intérieur des cellules.
"Certaines inquiétudes subsistent concernant la toxicité et d'autres propriétés, " Hwang dit, "mais tout à fait, nos résultats indiquent que les points quantiques pourraient être un outil précieux pour étudier les processus cellulaires dynamiques."
Plus d'information: H. Kang, F. Tokumasu, M. Clarke, Z.Zhou, J. Tang, T. Nguyen et J. Hwang. Sonder les propriétés de fluorescence dynamique des points quantiques simples et groupés vers l'imagerie biomédicale quantitative des cellules. WIREs Nanomédecine et Nanobiotechnologie . Vue anticipée en ligne sur wires.wiley.com/WileyCDA/Wires … .html?pageType=early .
Source :National Institute of Standards and Technology (actualité :web)
