Les ingénieurs chimistes du MIT ont construit un réseau de capteurs qui, pour la première fois, peut détecter des molécules uniques de peroxyde d'hydrogène émanant d'une seule cellule vivante.

Le peroxyde d'hydrogène est connu depuis longtemps pour endommager les cellules et leur ADN, mais les scientifiques ont récemment découvert des preuves qui indiquent un rôle plus bénéfique :il semble agir comme une molécule de signalisation dans une voie cellulaire critique qui stimule la croissance, entre autres fonctions.

Quand ce chemin tourne mal, les cellules peuvent devenir cancéreuses, ainsi comprendre le rôle du peroxyde d'hydrogène pourrait conduire à de nouvelles cibles pour les médicaments potentiels contre le cancer, dit Michael Strano, chef de l'équipe de recherche. Strano et ses collègues décrivent leur nouveau réseau de capteurs, qui est fait de nanotubes de carbone, dans l'édition en ligne du 7 mars de Nature Nanotechnologie .

L'équipe de Strano a utilisé le réseau pour étudier le flux de peroxyde d'hydrogène qui se produit lorsqu'un facteur de croissance commun appelé EGF active sa cible, un récepteur appelé EGFR, situé à la surface des cellules. Pour la première fois, l'équipe a montré que les niveaux de peroxyde d'hydrogène plus que doublent lorsque l'EGFR est activé.

L'EGF et d'autres facteurs de croissance induisent la croissance ou la division des cellules par une cascade complexe de réactions à l'intérieur de la cellule. On ne sait toujours pas exactement comment le peroxyde d'hydrogène affecte ce processus, mais Strano spécule qu'il peut en quelque sorte amplifier le signal EGFR, renforcer le message à la cellule. Parce que le peroxyde d'hydrogène est une petite molécule qui ne diffuse pas loin (environ 200 nanomètres), le signal serait limité à la cellule où il a été produit.

L'équipe a également découvert que dans les cellules cancéreuses de la peau, soupçonné d'avoir une activité EGFR hyperactive, le flux de peroxyde d'hydrogène était 10 fois supérieur à celui des cellules normales. En raison de cette différence dramatique, Strano pense que cette technologie pourrait être utile dans la construction d'appareils de diagnostic pour certains types de cancer.

« Vous pourriez imaginer un petit appareil portable, par exemple, que votre médecin pourrait pointer sur certains tissus d'une manière peu invasive et dire si cette voie est corrompue, " il dit.

Strano souligne que c'est la première fois qu'un réseau de capteurs avec une spécificité de molécule unique est jamais démontré. Lui et ses collègues ont déduit mathématiquement qu'un tel réseau peut distinguer la génération moléculaire "en champ proche" de celle qui a lieu loin de la surface du capteur. « Les réseaux de ce type ont la capacité de distinguer, par exemple, si des molécules uniques proviennent d'une enzyme située à la surface de la cellule, ou du plus profond de la cellule, " dit Strano.

Le capteur est constitué d'un film de nanotubes de carbone noyé dans du collagène. Les cellules peuvent se développer à la surface du collagène, et le collagène attire et piège également le peroxyde d'hydrogène libéré par la cellule. Lorsque les nanotubes entrent en contact avec le peroxyde d'hydrogène piégé, leurs scintillements de fluorescence. En comptant les scintillements, on peut obtenir un comptage précis des molécules incidentes.

Les chercheurs du laboratoire de Strano prévoient d'étudier différentes formes du récepteur EGF afin de mieux caractériser le flux de peroxyde d'hydrogène et son rôle dans la signalisation cellulaire. Ils ont déjà découvert que des molécules d'oxygène sont consommées pour générer le peroxyde.

L'équipe de Strano travaille également sur des capteurs à nanotubes de carbone pour d'autres molécules. L'équipe a déjà testé avec succès des capteurs d'oxyde nitrique et d'ATP (la molécule qui transporte l'énergie dans une cellule). « La liste des biomolécules que nous pouvons désormais détecter de manière très spécifique et sélective s'allonge rapidement, " dit Strano, qui souligne également que la capacité de détecter et de compter des molécules uniques distingue les nanotubes de carbone de nombreuses autres plates-formes de nanocapteurs.