Montré ici est un complexe de protéine de ferritine. Les chercheurs du MIT utilisent l'ingénierie des protéines pour stimuler les caractéristiques magnétiques de la protéine pour suivre les cellules. Crédit :Jose-Luis Olivares/MIT (illustrations de ferritine avec l'aimable autorisation de Wikimedia)
Les ingénieurs du MIT ont conçu des nanoparticules de protéines magnétiques qui peuvent être utilisées pour suivre les cellules ou pour surveiller les interactions au sein des cellules. Les particules, décrit aujourd'hui dans Communication Nature , sont une version améliorée d'un produit naturel, protéine faiblement magnétique appelée ferritine.
"Ferritine, qui est aussi proche que la biologie nous a donné à une nanoparticule de protéine naturellement magnétique, n'est vraiment pas si magnétique. C'est ce à quoi traite cet article, " dit Alan Jasanoff, professeur de génie biologique au MIT et auteur principal de l'article. "Nous avons utilisé les outils de l'ingénierie des protéines pour essayer d'améliorer les caractéristiques magnétiques de cette protéine."
Les nouvelles nanoparticules de protéines "hypermagnétiques" peuvent être produites au sein des cellules, permettant aux cellules d'être imagées ou triées à l'aide de techniques magnétiques. Cela élimine le besoin de marquer les cellules avec des particules synthétiques et permet aux particules de détecter d'autres molécules à l'intérieur des cellules.
L'auteur principal de l'article est l'ancien étudiant diplômé du MIT Yuri Matsumoto. Les autres auteurs sont les étudiants diplômés Ritchie Chen et Polina Anikeeva, professeur adjoint en science et génie des matériaux.
Traction magnétique
Des recherches antérieures ont produit des particules magnétiques synthétiques pour l'imagerie ou le suivi des cellules, mais il peut être difficile de délivrer ces particules dans les cellules cibles.
Dans la nouvelle étude, Jasanoff et ses collègues ont entrepris de créer des particules magnétiques codées génétiquement. Avec cette approche, les chercheurs livrent un gène pour une protéine magnétique dans les cellules cibles, les incitant à commencer à produire la protéine par eux-mêmes.
"Plutôt que de fabriquer une nanoparticule en laboratoire et de la fixer aux cellules ou de l'injecter dans les cellules, il suffit d'introduire un gène qui code cette protéine, " dit Jasanoff, qui est également membre associé du McGovern Institute for Brain Research du MIT.
Comme point de départ, les chercheurs ont utilisé de la ferritine, qui transporte un apport d'atomes de fer dont chaque cellule a besoin en tant que composants des enzymes métaboliques. Dans l'espoir de créer une version plus magnétique de la ferritine, les chercheurs ont créé environ 10 millions de variantes et les ont testées dans des cellules de levure.
Après des rondes répétées de dépistage, les chercheurs ont utilisé l'un des candidats les plus prometteurs pour créer un capteur magnétique composé de ferritine améliorée modifiée avec une étiquette protéique qui se lie à une autre protéine appelée streptavidine. Cela leur a permis de détecter si la streptavidine était présente dans les cellules de levure; cependant, cette approche pourrait également être adaptée pour cibler d'autres interactions.
La protéine mutée semble surmonter avec succès l'un des principaux défauts de la ferritine naturelle, c'est qu'il est difficile de charger en fer, dit Alan Koretsky, chercheur principal à l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux.
" Pouvoir fabriquer plus d'indicateurs magnétiques pour l'IRM serait fabuleux, et c'est une étape importante pour rendre ce type d'indicateur plus robuste, " dit Koretsky, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche.
Détection des signaux cellulaires
Parce que les ferritines modifiées sont génétiquement codées, ils peuvent être fabriqués au sein de cellules programmées pour ne les faire répondre que dans certaines circonstances, comme lorsque la cellule reçoit une sorte de signal externe, quand il se divise, ou lorsqu'il se différencie en un autre type de cellule. Les chercheurs pourraient suivre cette activité en utilisant l'imagerie par résonance magnétique (IRM), leur permettant potentiellement d'observer la communication entre les neurones, activation des cellules immunitaires, ou différenciation des cellules souches, entre autres phénomènes.
De tels capteurs pourraient également être utilisés pour surveiller l'efficacité des thérapies par cellules souches, dit Jasanoff.
"Au fur et à mesure que les thérapies par cellules souches sont développées, il va falloir avoir des outils non invasifs qui permettent de les mesurer, " dit-il. Sans ce genre de surveillance, il serait difficile de déterminer l'effet du traitement, ou pourquoi cela pourrait ne pas fonctionner.
Les chercheurs travaillent maintenant sur l'adaptation des capteurs magnétiques pour fonctionner dans les cellules de mammifères. Ils essaient également de rendre la ferritine artificielle encore plus fortement magnétique.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.