Ce diagramme illustre le processus de transfert des mitochondries entre les cellules à l'aide de la technologie des nanolames. Crédit :Alexander N. Patananan
Pour étudier certains aspects des cellules, les chercheurs ont besoin de la capacité de retirer les entrailles, les manipuler, et les remettre. Les options pour ce genre de travail sont limitées, mais les chercheurs ont rapporté le 10 mai dans Métabolisme cellulaire décrivent une "nanoblade" qui peut trancher la membrane d'une cellule pour insérer des mitochondries. Les chercheurs ont déjà utilisé cette technologie pour transférer d'autres matériaux entre les cellules et espèrent commercialiser la nanolame pour une utilisation plus large en bio-ingénierie.
"En tant que nouvel outil pour l'ingénierie cellulaire, pour vraiment concevoir des cellules à des fins de santé et de recherche, Je pense que c'est très unique, " dit Mike Teitell, pathologiste et bioingénieur à l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA). "Nous n'avons rien rencontré jusqu'à présent, jusqu'à quelques microns, que nous ne pouvons pas livrer."
Teitell et Pei-Yu "Eric" Chiou, également bio-ingénieur à l'UCLA, a conçu pour la première fois l'idée d'une nanolame il y a plusieurs années pour transférer un noyau d'une cellule à une autre. Cependant, ils se sont rapidement penchés sur l'intersection de la biologie des cellules souches et du métabolisme énergétique, où la technologie pourrait être utilisée pour manipuler les mitochondries d'une cellule. Étudier les effets des mutations du génome mitochondrial, qui peuvent provoquer des maladies débilitantes ou mortelles chez l'homme, est délicat pour plusieurs raisons.
"Il y a un goulot d'étranglement dans le domaine pour modifier l'ADN mitochondrial d'une cellule, " dit Teitell. " Nous travaillons donc sur un processus en deux étapes :éditer le génome mitochondrial à l'extérieur d'une cellule, puis prenez ces mitochondries manipulées et remettez-les dans la cellule. Nous travaillons toujours sur la première étape, mais nous avons assez bien résolu ce deuxième problème."
Cette image montre des cellules humaines d'ostéosarcome et des mitochondries (vert), avec des mitochondries supplémentaires (rouges) de cellules rénales embryonnaires humaines transférées via la nanolame. Très peu de mitochondries marquées en rouge sont effectivement délivrées par la nanolame dans chaque cellule, par rapport aux mitochondries vertes préexistantes. En quelques semaines, l'ADN mitochondrial dans les mitochondries marquées en rouge s'amplifiera massivement. Crédit :Ting-Hsiang Wu
L'appareil à nanolames se compose d'un microscope, laser, et micropipette revêtue de titane pour agir comme la "lame, " actionné à l'aide d'un joystick. Lorsqu'une impulsion laser frappe le titane, le métal chauffe, vaporiser les couches d'eau environnantes dans les milieux de culture et former une bulle à côté d'une cellule. En une microseconde, la bulle se dilate, générant une force locale qui perce la membrane cellulaire et crée un passage de plusieurs microns de long que la "cargo" - dans ce cas, mitochondries—peuvent être poussés à travers. La cellule répare alors rapidement le défaut membranaire.
Teitell, Chiou, et leur équipe a utilisé la nanolame pour insérer des mitochondries marquées de cellules cancéreuses du sein humaines et de cellules rénales embryonnaires dans des cellules sans ADN mitochondrial. Lorsqu'ils ont ensuite séquencé l'ADN nucléaire et mitochondrial, les chercheurs ont constaté que les mitochondries avaient été transférées et répliquées avec succès par 2% des cellules, avec une gamme de fonctionnalités. D'autres méthodes de transfert mitochondrial sont difficiles à contrôler, et lorsqu'ils ont été signalés au travail, les taux de réussite n'ont été que de 0,0001 % à 0,5 % selon les chercheurs.
« Le succès du transfert mitochondrial a été très encourageant, " dit Chiou. " L'application la plus excitante pour la nanolame, tome, est dans l'étude des mitochondries et des maladies infectieuses. Cette technologie apporte de nouvelles capacités pour aider à faire progresser ces domaines. »
Les aspirations de l'équipe vont aussi bien au-delà des mitochondries, et ils ont déjà mis à l'échelle l'appareil à nanolames en une version automatisée à haut débit. « Nous voulons créer une plate-forme facile à utiliser pour tout le monde et permettre aux chercheurs de concevoir tout ce qu'ils peuvent penser de quelques microns ou moins qui serait utile pour leurs recherches, qu'il s'agisse d'insérer des anticorps, pathogènes, matériaux synthétiques, ou quelque chose d'autre que nous n'avons pas imaginé, " dit Teitell. " Ce serait très cool de permettre aux gens de faire quelque chose qu'ils ne peuvent pas faire maintenant. "
