Il s'agit d'un échantillon de cellule utilisé pour deux séries de tests. Dans le panneau supérieur, deux biomarqueurs sont colorés en vert et en rouge, et en bas, après la régénération de l'échantillon, les mêmes biomarqueurs sont colorés en rouge et en vert. Cela montre que le même tissu peut être utilisé pour plusieurs séries de tests sans dégrader l'échantillon de tissu. Crédit :Xiaohu Gao, Université de Washington
Un meilleur diagnostic et traitement du cancer pourrait dépendre de la capacité de mieux comprendre une seule cellule à son niveau moléculaire. De nouvelles recherches offrent un moyen plus complet d'analyser le comportement unique d'une cellule, utiliser une gamme de couleurs pour montrer des motifs qui pourraient indiquer pourquoi une cellule deviendra ou ne deviendra pas cancéreuse.
Une équipe de l'Université de Washington a développé une nouvelle méthode de codage couleur des cellules qui leur permet d'éclairer 100 biomarqueurs, une augmentation de dix fois par rapport à la norme de recherche actuelle, pour aider à analyser des cellules individuelles à partir de cultures ou de biopsies tissulaires. L'ouvrage est publié cette semaine (19 mars) dans Communication Nature .
« Découvrir ce procédé est une avancée sans précédent pour le domaine, " a déclaré l'auteur correspondant Xiaohu Gao, professeur agrégé de bio-ingénierie à l'UW. "Cette technologie ouvre des opportunités passionnantes pour l'analyse unicellulaire et le diagnostic clinique."
La recherche s'appuie sur les méthodes actuelles qui utilisent un plus petit éventail de couleurs pour signaler les biomarqueurs d'une cellule - des caractéristiques qui indiquent un et potentiellement anormal ou malade, cellule. Idéalement, les scientifiques pourraient tester un grand nombre de biomarqueurs, puis s'appuyer sur les modèles qui émergent de ces tests pour comprendre les propriétés d'une cellule.
L'équipe de recherche de l'UW a créé un processus cyclique qui permet aux scientifiques de tester jusqu'à 100 biomarqueurs dans une seule cellule. Avant, les chercheurs ne pouvaient tester que 10 à la fois.
L'analyse utilise des points quantiques, qui sont des boules fluorescentes en matériau semi-conducteur. Les points quantiques sont la version plus petite du matériau que l'on trouve dans de nombreux appareils électroniques, y compris les smartphones et les radios. Ces boîtes quantiques font entre 2 et 6 nanomètres de diamètre, et ils varient sur la couleur qu'ils émettent en fonction de leur taille.
Cette figure montre le processus cyclique développé dans l'étude. Dans la première étape, les boules colorées représentant des points quantiques de différentes couleurs sont utilisées pour marquer des biomarqueurs dans des échantillons de cellules et de tissus. La deuxième étape montre comment chaque biomarqueur peut être isolé et séparé en images distinctes pour analyse. La troisième étape illustre comment l'échantillon de tissu est nettoyé entre les cycles pour recommencer le test des biomarqueurs. Crédit :Xiaohu Gao, Université de Washington
Les tests cycliques n'ont jamais été effectués auparavant, bien que de nombreux articles sur les points quantiques aient tenté d'augmenter le nombre de biomarqueurs testés dans une seule cellule. Cette méthode réutilise essentiellement le même échantillon de tissu, tester les biomarqueurs en groupes de 10 à chaque tour.
"Les protéines sont les éléments constitutifs de la fonction et du comportement cellulaires, mais leur constitution dans une cellule est très complexe, " a déclaré Gao. "Vous devez examiner un certain nombre d'indicateurs (biomarqueurs) pour savoir ce qui se passe."
Le nouveau processus fonctionne comme ceci :Gao et son équipe achètent des anticorps connus pour se lier aux biomarqueurs spécifiques qu'ils souhaitent tester dans une cellule. Ils associent des points quantiques aux anticorps dans une solution fluide, en l'injectant sur un échantillon de tissu. Puis, ils utilisent un microscope pour rechercher la présence de couleurs fluorescentes dans la cellule. S'ils voient des couleurs de points quantiques particulières dans l'échantillon de tissu, ils savent que le biomarqueur correspondant est présent dans la cellule.
Après avoir terminé un cycle, Gao et le co-auteur Pavel Zrazhevskiy, un doctorant UW en bio-ingénierie, injecter un fluide à faible pH dans le tissu cellulaire qui neutralise la fluorescence colorée, Essuyant essentiellement l'échantillon propre pour le prochain tour. Remarquablement, l'échantillon de tissu ne se dégrade pas du tout même après 10 de ces cycles, dit Gao.
Pour la recherche et le traitement du cancer, en particulier, il est important de pouvoir regarder une seule cellule à haute résolution pour examiner ses détails. Par exemple, si 99 % des cellules cancéreuses dans le corps d'une personne répondent à un médicament de traitement, mais 1% ne le fait pas, il est important d'analyser et de comprendre la composition moléculaire de ce 1 pour cent qui répond différemment.
« Quand vous traitez avec des médicaments prometteurs, il y a encore quelques cellules qui ne répondent généralement pas au traitement, " dit Gao. " Ils se ressemblent, mais vous n'avez pas d'outil pour examiner leurs blocs de construction de protéines. Cela nous aidera vraiment à développer de nouveaux médicaments et approches thérapeutiques. »
Le processus est relativement peu coûteux et simple, et Gao espère que la procédure pourra être automatisée. Il envisage une chambre pour contenir l'échantillon de tissu, et des pompes à fil fin pour injecter et aspirer le fluide entre les cycles. Un microscope sous la chambre prendrait des photos à chaque étape. Toutes les images seraient quantifiées sur ordinateur, où les scientifiques et les médecins pourraient examiner l'intensité et la prévalence des couleurs.
Gao espère collaborer avec des entreprises et d'autres chercheurs pour évoluer vers un processus automatisé et une utilisation clinique.
"La technologie est prête, " dit Gao. " Maintenant que c'est développé, nous sommes prêts pour les impacts cliniques, notamment dans les domaines de la biologie des systèmes, oncologie et pathologie."
