(PhysOrg.com) - Les bio-ingénieurs de l'Université Duke ont non seulement trouvé un moyen de faire passer des espions moléculaires à travers les parois des cellules individuelles, ils peuvent maintenant les glisser dans le centre de commande - ou le noyau - de ces cellules, où ils peuvent rapporter des informations importantes ou déposer des charges utiles.

En utilisant des nanoparticules d'argent recouvertes d'une protéine du virus VIH qui a une étrange capacité à pénétrer les cellules humaines, les scientifiques ont démontré qu'ils peuvent pénétrer dans le fonctionnement interne du noyau et détecter les signaux lumineux subtils de l'"espion".

Pour que ces nano-espions soient efficaces, ils doivent non seulement traverser la première ligne de défense de la cellule - la paroi cellulaire - ils doivent être capables d'entrer dans le noyau.

Le but ultime est de pouvoir repérer le plus tôt possible le moment où le matériel génétique d'une cellule commence à devenir anormal, conduisant à une multitude de troubles, surtout le cancer.

La découverte montre également comment des médicaments ou d'autres charges utiles pourraient être livrés directement dans le noyau.

"Cette nouvelle méthode pour pénétrer et détecter exactement ce qui se passe dans le noyau de la cellule présente des avantages distincts par rapport aux méthodes actuelles, " dit Molly Gregas, un étudiant diplômé du laboratoire de Tuan Vo-Dinh, R. Eugene et Susie E. Goodson Professeur émérite de génie biomédical, professeur de chimie et directeur du Fitzpatrick Institute for Photonics à la Duke's Pratt School of Engineering.

"La capacité de placer ces nanoparticules dans le noyau d'une cellule et de recueillir des informations à l'aide de la lumière a des implications potentielles pour le traitement sélectif de la maladie, ", a déclaré Gregas. "Nous pensons que cette approche aidera également les scientifiques de base alors qu'ils essaient de mieux comprendre ce qui se passe dans le noyau d'une cellule."

Les chercheurs de Duke ont rapporté leurs découvertes dans une série d'articles, culminant dans le dernier numéro de Nanomédecine , qui a été publié en ligne. La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health.

Les chercheurs ont couplé de minuscules particules d'argent, un métal qui n'est pas rejeté par les cellules et est un réflecteur efficace de la lumière, avec une petite partie de la protéine VIH responsable de sa capacité très efficace à entrer dans une cellule et son noyau. Dans ce cas, les chercheurs n'ont exploité que la capacité du VIH à se faufiler au-delà des défenses cellulaires, tout en lui ôtant sa capacité à prendre en charge la machinerie génétique de la cellule et à provoquer des maladies.

"Cette combinaison tire parti de la petite taille de la nanoparticule et des 'instructions de livraison' de la protéine VIH, " expliqua Gregas. " Une fois que nous pourrons introduire cette nanoparticule dans le noyau, nous avons beaucoup d'options. Nous pouvons par exemple livrer une sorte de charge utile et ensuite observer ses effets dans le noyau."

C'est là qu'intervient une technique optique vieille de quatre décennies, connue sous le nom de diffusion Raman améliorée en surface (SERS). Elle est utilisée ici comme technique d'imagerie sensible pour démontrer que les nanoparticules et leurs charges utiles ont réussi à pénétrer dans le noyau.

Quand la lumière, généralement à partir d'un laser, est brillé sur un échantillon, la molécule cible vibre et diffuse sa propre lumière unique, souvent appelée dispersion Raman. Cependant, cette réponse Raman est extrêmement faible. Lorsque la molécule cible est couplée à une nanoparticule métallique, la réponse Raman est grandement améliorée par l'effet SERS - souvent plus d'un million de fois, dit Vo-Dinh.

Au début des années 1980, alors qu'il était au laboratoire national d'Oak Ridge dans le Tennessee, Vo-Dinh et ses collègues ont été parmi les premiers à démontrer que le SERS pouvait être mis en pratique pour détecter des produits chimiques, y compris les cancérogènes, les polluants environnementaux et les marqueurs précoces de la maladie. Chez Duc, Vo-Dinh repousse les limites de la technologie SERS pour la détection biomédicale et l'imagerie moléculaire.

"Notre objectif ultime est de développer un système d'administration à l'échelle nanométrique qui peut déposer sa charge utile - dans ce cas des nanoparticules avec d'autres agents attachés - dans une cellule pour améliorer l'efficacité d'un traitement médicamenteux, " dit Vo-Dinh. " Théoriquement, nous pourrions « charger » ces nanoparticules avec de nombreuses choses qui nous intéressent - par exemple une nanosonde pour un gène du cancer - et l'introduire dans le noyau d'une cellule. Cela nous fournirait un signal d'avertissement de la maladie à son stade le plus précoce, permettant ainsi un traitement plus rapide et plus efficace."

Les expériences actuelles ont été menées avec des cellules vivantes en laboratoire. De nouvelles expériences se concentrent sur l'utilisation de cette approche dans des modèles animaux pour déterminer son fonctionnement dans un système vivant complexe.