Obtenir un aperçu du centre d'une cellule peut être aussi simple qu'une piqûre d'aiguille, grâce aux chercheurs de l'Université de l'Illinois qui ont mis au point une minuscule aiguille pour envoyer une injection directement dans le noyau d'une cellule.

Comprendre les processus à l'intérieur du noyau d'une cellule, qui abrite l'ADN et est le site de transcription des gènes, pourrait conduire à une meilleure compréhension de la génétique et des facteurs qui régulent l'expression. Les scientifiques ont utilisé des protéines ou des colorants pour suivre l'activité dans le noyau, mais ceux-ci peuvent être gros et ont tendance à être sensibles à la lumière, ce qui les rend difficiles à utiliser avec des techniques de microscopie simples.

Les chercheurs ont exploré une classe de nanoparticules appelées points quantiques, de minuscules particules de matériau semi-conducteur de quelques molécules seulement qui peuvent être utilisées pour surveiller les processus microscopiques et les conditions cellulaires. Les points quantiques offrent les avantages de la petite taille, fluorescence lumineuse pour un suivi facile, et une excellente stabilité à la lumière.

"Beaucoup de gens s'appuient sur les points quantiques pour surveiller les processus biologiques et obtenir des informations sur l'environnement cellulaire. Mais faire entrer des points quantiques dans une cellule pour des applications avancées est un problème, " a déclaré le professeur Min-Feng Yu, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie.

Faire entrer n'importe quel type de molécule dans le noyau est encore plus délicat, car il est entouré d'une membrane supplémentaire qui empêche la plupart des molécules de la cellule d'entrer.

Yu a travaillé avec son collègue professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie Ning Wang et le chercheur postdoctoral Kyungsuk Yum pour développer une nano-aiguille qui servait également d'électrode capable de fournir des points quantiques directement dans le noyau d'une cellule - en particulier à un emplacement précis dans le noyau. Les chercheurs peuvent alors en apprendre beaucoup sur les conditions physiques à l'intérieur du noyau en surveillant les points quantiques avec un microscope à fluorescence standard.

"Cette technique nous permet d'accéder physiquement à l'environnement interne à l'intérieur d'une cellule, ", a déclaré Yu. "C'est presque comme un outil chirurgical qui nous permet d'opérer à l'intérieur de la cellule."

Le groupe a revêtu un seul nanotube, seulement 50 nanomètres de large, avec une très fine couche d'or, créer une sonde à électrode nanométrique. Ils ont ensuite chargé l'aiguille de points quantiques. Une petite charge électrique libère les points quantiques de l'aiguille. Cela offre un niveau de contrôle impossible à atteindre par d'autres méthodes d'administration moléculaire, qui impliquent une diffusion progressive dans toute la cellule et dans le noyau.

"Maintenant, nous pouvons utiliser le potentiel électrique pour contrôler la libération des molécules fixées sur la sonde, " Yu a dit. "Nous pouvons insérer la nanoaiguille dans un endroit spécifique et attendre un point spécifique dans un processus biologique, puis relâchez les points quantiques. Les techniques précédentes ne peuvent pas faire cela. »

Parce que l'aiguille est si petite, il peut percer une cellule avec un minimum de perturbations, tandis que d'autres techniques d'injection peuvent être très dommageables pour une cellule. Les chercheurs peuvent également utiliser cette technique pour livrer avec précision les points quantiques à une cible très spécifique pour étudier l'activité dans certaines régions du noyau, ou potentiellement d'autres organites cellulaires.

"La localisation est très importante dans les fonctions cellulaires, " a déclaré Wang. " En utilisant l'approche nanoneedle, vous pouvez accéder à un emplacement très spécifique dans le noyau. C'est un avantage clé de cette méthode."

La nouvelle technique ouvre de nouvelles pistes d'étude. L'équipe espère continuer à affiner la nano-aiguille, à la fois comme électrode et comme système d'administration moléculaire.

Ils espèrent explorer l'utilisation de l'aiguille pour délivrer également d'autres types de molécules - fragments d'ADN, protéines, enzymes and others - that could be used to study a myriad of cellular processes.

"It's an all-in-one tool, " Wang said. "There are three main types of processes in the cell:chemical, electrical, and mechanical. This has all three:It's a mechanical probe, an electrode, and a chemical delivery system."

The team's findings will appear in the Oct. 4 edition of the journal Small.