Une équipe de chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) et du Rowland Institute de l'Université Harvard ont utilisé une nanosonde spécialisée développée par les chercheurs de Harvard/Rowland pour mesurer directement les niveaux de protéines clés dans la vie, cellules cultivées. Comme décrit dans le journal Lettres nano , les chercheurs ont utilisé l'appareil pour suivre les niveaux des protéines associées à la maladie d'Alzheimer amyloïde-bêta (A-bêta) et tau dans les neurones et autres cellules exposées à un anesthésique connu pour produire des changements semblables à ceux de la maladie d'Alzheimer dans le cerveau des souris. Leurs résultats soutiennent l'idée que la génération de A-beta est l'une des premières étapes menant à la neurodégénérescence caractéristique de la maladie d'Alzheimer.

"Pour étudier la dynamique de A-beta et tau, nous avions besoin d'un moyen de déclencher l'expression des deux protéines et d'un outil pour suivre les changements dynamiques de l'expression des protéines, " dit l'auteur principal Feng Liang, Doctorat, chercheur au Rowland Institute.

En 2008, certains des membres du MGH de l'équipe actuelle ont montré que l'isoflurane anesthésique induisait des changements caractéristiques observés dans la maladie d'Alzheimer - y compris l'activation des enzymes de mort cellulaire et la génération de A-bêta - dans les cellules en culture et dans le cerveau de souris. En 2014, les chercheurs de Harvard/Rowland ont démontré la capacité de leur nanodispositif à détecter les niveaux de protéines intracellulaires dans le vivant, cellules cultivées. La présente étude fusionne ces deux réalisations pour enquêter sur une question clé concernant le mécanisme de la maladie d'Alzheimer - si la génération de A-beta précède ou suit la génération de la forme anormale de tau qui caractérise la maladie.

La pointe de l'appareil développé par les enquêteurs de Harvard/Rowland mesure environ 50 nanomètres (milliardièmes de mètre) de diamètre, environ 200 fois plus petit qu'une seule cellule. Une nanotige d'or intégrée sert de biocapteur pour ce qu'on appelle la résonance plasmonique de surface - une oscillation d'électrons en réponse à un signal lumineux qui peut générer une lecture optique reflétant les signaux de liaison aux protéines. Des anticorps ciblant des protéines spécifiques peuvent être intégrés dans la sonde pour donner des mesures spécifiques des niveaux de protéines. L'équipe a d'abord démontré qu'il était possible d'utiliser la sonde à pointe de fibre nanoplasmonique (nFTP) pour quantifier les niveaux de protéines dans des cellules individuelles sans affecter leur vitalité et leur viabilité.

À l'aide du dispositif nFTP, les chercheurs ont ensuite suivi l'évolution des niveaux de bêta-A et de la forme de tau associée à la maladie d'Alzheimer, qui se caractérise par un excès de molécules de phosphate, dans des cellules cultivées qui avaient été traitées avec de l'isoflurane. Les lectures ont indiqué que l'augmentation de l'expression A-bêta a précédé l'augmentation des niveaux de tau phosphorylée de plusieurs heures. L'équipe a alors montré que, tout en bloquant l'expression A-beta, les niveaux de tau sont réduits, le blocage de tau n'a pas empêché la hausse initiale de A-beta. Cependant, sans expression de tau phosphorylée, Les niveaux A-beta ont finalement commencé à baisser, suggérant une séquence dans laquelle la génération A-bêta stimule la phosphorylation de tau, ce qui favorise la génération supplémentaire de A-beta.

"Nous avons introduit le dosage immunologique traditionnel dans des cellules vivantes avec une sensibilité exquise, " dit Qimin Quan, Doctorat, chercheur junior au Rowland Institute et auteur co-correspondant du Lettres nano rapport. "L'appareil est encore limité dans sa capacité à mesurer un grand nombre de cellules individuelles, nécessitant une amélioration supplémentaire. Mais sa haute sensibilité, La capacité sans marquage et à cellule unique en fait un outil unique pour diagnostiquer des échantillons limités obtenus cliniquement. »

Zhongcong Xie, MARYLAND, Doctorat, directeur de l'unité de recherche en anesthésie gériatrique du service d'anesthésie de l'HGM, Critical Care and Pain Medicine et co-auteur de l'étude, ajoute, "Chaque année, environ 8,5 millions de patients atteints de la maladie d'Alzheimer ont besoin d'une anesthésie et de soins chirurgicaux dans le monde. Apprendre comment l'anesthésie affecte les mécanismes à l'origine de la maladie d'Alzheimer nécessitera une collaboration entre les spécialistes en anesthésie, neurologie et ingénierie. De plus, cette utilisation à la fois d'un anesthésique et du dispositif nFTP pour mesurer les interactions entre A-beta et tau n'est qu'une première étape. » Xie est professeur d'anesthésie à la Harvard Medical School.