Avec la chromatographie dimensionnelle, un réseau hexagonal ordonné de nanoparticules d'or est fabriqué sur une membrane hybride supportée par des cellules vivantes. Les composants de la membrane se déplacent librement dans le réseau à condition qu'ils ne dépassent pas ses dimensions physiques. Cela révèle des aspects organisationnels de l'environnement membranaire non observables par d'autres techniques.
(Phys.org) —En utilisant la technologie nanodot, Les chercheurs de Berkeley Lab ont démontré la première forme de chromatographie basée sur la taille qui peut être utilisée pour étudier les membranes des cellules vivantes. Cette approche physique unique pour sonder les structures membranaires cellulaires peut révéler des informations essentielles pour savoir si une cellule vit ou meurt, reste normal ou devient cancéreux, qui ne peuvent pas être obtenus par microscopie conventionnelle.
« Nous avons développé des plates-formes de réseau de nanopoints intégrés à la membrane qui fournissent un moyen physique à la fois de sonder et de manipuler des assemblages de membranes, y compris les clusters de signalisation, pendant qu'ils fonctionnent dans la membrane d'une cellule vivante, " dit Jay Groves, un chimiste de la division des biosciences physiques de Berkeley Lab, qui a mené cette recherche.
Bosquets, qui est également professeur au département de chimie de l'Université de Californie (UC) Berkeley, et un chercheur du Howard Hughes Medical Institute (HHMI), est un leader reconnu dans le développement de techniques pour étudier l'impact des modèles spatiaux sur les cellules vivantes. Les membranes synthétiques supportées par des cellules vivantes que lui et son groupe ont développées sont construites à partir de lipides et assemblées sur un substrat de silice solide. Ces membranes sont utilisées pour déterminer comment les cellules vivantes interagissent non seulement avec leur environnement par le biais de signaux chimiques, mais également par la force physique et les schémas spatiaux.
"Nous appelons notre approche la stratégie de mutation spatiale parce que les molécules d'une cellule peuvent être réorganisées spatialement sans altérer la cellule d'aucune autre manière, ", dit Groves. "Nos membranes supportées par des cellules vivantes fournissent une interface hybride composée de composants mobiles et immobiles avec une géométrie contrôlée qui nous permet d'utiliser la nanotechnologie à l'état solide pour manipuler et contrôler les systèmes moléculaires à l'intérieur des cellules vivantes."
Jay Groves. Crédit :Roy Kaltschmidt
Alors que les travaux de Groves et d'autres au cours des dernières années ont démontré l'importance de l'organisation spatiale des protéines et des lipides au sein des membranes cellulaires, les détails sur la façon dont l'organisation spatiale est liée à la fonction sont rares, principalement en raison des limites de la microscopie optique à des échelles de longueur inférieures à la limite de diffraction de 250 nanomètres. La technique de chromatographie basée sur la taille développée par Groves et son groupe leur permet de sonder les structures supramoléculaires dans une membrane cellulaire aux échelles nanométriques nécessaires.
"Nous avons maintenant un moyen de traduire des structures de taille nanométrique qui approchent les dimensions moléculaires en contraintes géométriques sur le mouvement des molécules à l'intérieur d'une cellule vivante, " dit Groves.
Pour leur technique de chromatographie granulométrique, l'espacement des protéines et d'autres molécules cellulaires est contrôlé par un réseau hexagonal ou en nid d'abeille de nanoparticules d'or qui est fabriqué dans la membrane. L'espacement entre les nanoparticules dans chaque réseau peut être contrôlé, avec des tailles accessibles allant de 30 à près de 200 nanomètres.
« Les composants individuels de la membrane se déplacent librement dans tout le réseau, mais le mouvement des ensembles plus grands est entravé s'ils dépassent les dimensions physiques du réseau, dit Groves.
Groves et ses collègues ont testé leur technique de chromatographie basée sur la taille sur des microclusters de récepteurs de cellules T (TCR) dans des membranes de cellules T, qui est le module fonctionnel de reconnaissance des antigènes par les cellules T (lymphocytes du thymus) dans le système immunitaire de l'organisme. Ces clusters de signalisation TCR occupent un régime de taille allant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres, qui est typiquement en dessous de la limite de diffraction de la microscopie optique conventionnelle. La chromatographie basée sur la taille a été utilisée pour sonder les propriétés physiques des clusters de signalisation TCR en fonction de la densité de l'antigène. Les résultats ont révélé que le cluster de signalisation TCR dépend nettement de la quantité d'antigène rencontrée par la cellule.
"C'est quelque chose que nous ne savions pas auparavant sur le système de signalisation du microcluster TCR, qui a été bien étudié en utilisant la microscopie optique conventionnelle, " dit Groves. " Il s'agit d'une démonstration de principe qui représente une autre étape dans la direction de l'interfaçage des cellules vivantes avec des matériaux synthétiques pour obtenir un contrôle au niveau moléculaire de la cellule. "
