Des vers d'un millimètre de long digérant un repas contenant des nanoparticules de leurs bactéries préférées pourraient éventuellement conduire à une nouvelle façon de voir les forces cellulaires en jeu dans notre propre corps, y compris des processus comme la cicatrisation des plaies et la croissance du cancer.

La clé est que ces nanoparticules particulières brillent lorsqu'elles sont frappées par un laser proche infrarouge et changent de couleur en fonction de la pression qui les entoure. Donc, ils peuvent donner des informations en temps réel sur les forces qu'ils subissent alors qu'ils sont encore à l'intérieur du ver.

"Les forces altérées au niveau cellulaire sous-tendent de nombreux troubles, y compris les maladies cardiaques et le cancer, " a déclaré Jennifer Dionne, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à Stanford et l'un des principaux chercheurs de cette recherche. "Ce serait une lecture à l'échelle nanométrique que vous pourriez utiliser in vitro ou in vivo pour détecter la maladie à un stade très précoce."

Dionne s'est associée à Miriam B. Goodman, professeur de physiologie moléculaire et cellulaire, grâce à une subvention de démarrage Stanford Bio-X, qui est spécifiquement décerné pour encourager de tels partenariats interdisciplinaires. Goodman étudie la mécanique de la sensation tactile chez Caenorhabditis elegans, les vers qui dînent sur les nanoparticules de Dionne.

Regarder les vers digérer

Bien que le but ultime du travail soit de détecter la force dans les cellules humaines, l'équipe teste son approche dans ces vers à peine visibles car, comme chez l'homme, la digestion chez les vers implique des grincements et des bousculades mécaniques qui peuvent donner un aperçu de la façon dont ces nanoparticules enregistrent la force cellulaire.

"La couleur que chaque nanoparticule émet passe du rouge à l'orange lorsqu'il y a une force mécanique de l'ordre du nanonewton au micronewtons - une plage de force considérée comme très pertinente pour les forces intercellulaires, " dit Alice Lay, un étudiant diplômé du laboratoire Dionne qui dirige les expériences.

Après avoir étudié des vers sains, l'équipe introduira des mutations dans le mélange pour discerner le rôle de l'expression des gènes sur les forces cellulaires. Ces mutations permettront à l'équipe de mieux comprendre les troubles digestifs et apparentés, y compris le reflux acide et la formation de hernie.

De la nourriture pour vers à la santé humaine

Nous ne voulons peut-être pas croire que nous avons beaucoup en commun avec les vers mangeurs de bactéries, mais cette recherche pourrait influencer la façon dont nous étudions et comprenons le toucher humain, digestion, cancer, cicatrisation des plaies, division et différenciation cellulaires, et, probable, beaucoup plus.

"Les forces mécaniques jouent un rôle important dans la détermination du destin et de la fonction d'une cellule ou d'un organe, " dit Dionne. " Par exemple, chaque fois que notre cœur bat, nos oreilles entendent ou une blessure guérit, les forces cellulaires sont impliquées.

La petite taille des nanoparticules signifie qu'elles ont le potentiel de produire des cartes de force extrêmement haute résolution, fournissant une fenêtre sur la poussée et la traction de et par les cellules à un niveau profondément sous-cellulaire. Un jour, ces nanoparticules biocompatibles pourraient être ingérées ou injectées à une personne dans une zone spécifique, comme au niveau d'une plaie ou d'une tumeur suspectée. En lisant les couleurs émises par les nanoparticules, les laboratoires pourraient créer une carte de force qui indique l'activité à petite échelle des cellules autour de cette zone.

En plus des recherches précédentes de Goodman sur la façon dont les neurones traitent la sensation du toucher, cette technique pourrait également améliorer notre compréhension des forces impliquées dans la détection du monde qui nous entoure. "Plus de détails sur la façon dont nous expérimentons le toucher pourraient éclairer la traduction du toucher dans des systèmes non biologiques, comme les prothèses, " a dit Goodman.

Jusque là, Le laboratoire de Dionne a fabriqué les nanoparticules, Les vers de Goodman ont mangé avec succès la collation de haute technologie et les chercheurs ont pris des images statiques des nanoparticules à l'intérieur des vers. L'étape suivante consiste à capturer l'émission dynamique des nanoparticules au cours du temps, qui révélera les changements de force que subissent les particules au cours de la digestion.