Les chercheurs de Purdue ont mis au point un moyen de capturer les détails les plus fins des processus cellulaires complexes en utilisant de minuscules particules synthétiques appelées dendrimères, une technologie qui pourrait conduire à un traitement plus ciblé du cancer.

Une compréhension précise de la façon dont les cellules engloutissent les petites particules, un processus connu sous le nom d'endocytose, pourrait aider les chercheurs à améliorer l'administration de médicaments et à révéler les mécanismes des virus. Mais les particules "mangées" par les cellules et les protéines qui contrôlent les voies d'entrée dans les cellules sont trop peu nombreuses pour être détectées par les technologies conventionnelles.

W. Andy Tao, professeur de biochimie, et ses collaborateurs ont développé une méthode qui envoie des dendrimères dans les cellules pour suivre, capturer et isoler les protéines qui régulent le processus d'internalisation cellulaire, identifiant 809 protéines impliquées dans les voies d'entrée cellulaire.

La technologie, connu sous le nom de Tracing Internalization and TrAfficking of Nanomaterials ou TITAN, "nous aide à comprendre comment les cellules internalisent les particules extracellulaires et comment elles déplacent ces particules, " dit Tao. " Tout cela est utile, des informations précieuses pour l'avenir alors que nous essayons de perturber ces processus pour empêcher les éléments nocifs comme les virus ou travailler avec les processus pour fournir un médicament utile. »

Les dendrimères sont des nanoparticules ramifiées symétriquement, de taille similaire aux protéines naturelles. Signifiant molécule "semblable à un arbre", la petite taille et la structure d'un dendrimère en font un courrier idéal pour transporter une variété de molécules via ses nombreuses branches dans une cellule. L'un des rôles les plus précieux des dendrimères est l'administration ciblée de médicaments pour des maladies telles que le cancer. Les dendrimères peuvent administrer sélectivement des médicaments aux cellules cancéreuses contrairement à la chimiothérapie, qui détruit les cellules saines et cancéreuses.

Tao et l'équipe ont modifié chimiquement les dendrimères avant de les envoyer dans des cellules avec une étiquette fluorescente qui rendrait les dendrimères plus faciles à repérer lorsqu'ils se déplacent à l'intérieur de la cellule ; un agent de réticulation photoréactif qui permettrait aux dendrimères de se fixer aux protéines sous rayonnement UV; et une "poignée" avec laquelle les chercheurs pourraient extraire les dendrimères du reste du matériel cellulaire.

Lorsque les chercheurs ont irradié les cellules, les dendrimères à l'intérieur ont saisi toutes les protéines dans leur environnement, fournir un temps réel, arrêt sur image dont les protéines régulent l'endocytose. L'équipe a irradié les cellules à trois intervalles de temps différents - 30 minutes, une heure et deux heures.

"Nous avons vu différentes molécules à chaque instant qui nous ont indiqué où se trouvait le dendrimère et par quels mécanismes il a été introduit dans la cellule, " Tao a dit. " Disons que vous avez conduit à Wal-Mart, mais au lieu de me dire quelles routes tu as empruntées, vous avez pris des photos de bâtiments et de points de repère à différents moments en cours de route. Ces images me diront quelles routes vous avez empruntées. C'est la même méthode."

Les chercheurs ont utilisé la spectrométrie de masse pour isoler et identifier des centaines de protéines impliquées dans l'endocytose, confirmant les mécanismes que de nombreux biologistes avaient déjà émis l'hypothèse.

Savoir quelles protéines guident l'endocytose et à quelles étapes pourraient aider les chercheurs à affiner l'administration de la nanomédecine et éventuellement la rendre plus mobile dans les cellules, dit Tao.

"Nous pouvons extraire beaucoup d'informations cruciales de TITAN, " Il a dit. " Il s'agit d'une plate-forme technologique qui ouvre une nouvelle voie pour étudier de nombreux processus biologiques à petite échelle dans la cellule. "

Certaines des applications potentielles de TITAN comprennent la détermination de la façon dont les virus pénètrent et voyagent à l'intérieur des cellules, révélant comment les cellules cancéreuses communiquent entre elles et aidant à déterminer où les nanoparticules se retrouvent à l'intérieur de la cellule, une caractéristique qui est relativement inconnue.

"Beaucoup de nanotechnologies sont en cours de développement, mais nous n'avons vraiment aucune idée des problèmes de sécurité ou de toxicité qui pourraient être impliqués, " Tao said. "Understanding where these nanoparticles go in the cell and if they degrade over time is important. TITAN can track how nanoparticles move in the cell and whether they end up in the nucleus - which could be a problem - or in the cell's 'garbage disposal.'"