Pour la première fois, Les ingénieurs du MIT ont conçu des capteurs capables de détecter des molécules de protéines uniques lorsqu'elles sont sécrétées par des cellules ou même une seule cellule.

Ces capteurs, qui sont constitués de nanotubes de carbone modifiés chimiquement, pourrait aider les scientifiques pour toute application nécessitant la détection de très petites quantités de protéines, comme le suivi d'une infection virale, surveiller la fabrication par les cellules de protéines utiles, ou révélant une contamination alimentaire, disent les chercheurs.

"Nous espérons utiliser des réseaux de capteurs comme celui-ci pour rechercher "l'aiguille dans une botte de foin, '" dit Michael Strano, le professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique au MIT. "Ces réseaux représentent les plates-formes de détection moléculaire les plus sensibles dont nous disposons sur le plan technologique. Vous pouvez les fonctionnaliser afin de voir les fluctuations stochastiques des molécules individuelles qui s'y attachent."

Strano est l'auteur principal d'un article du 23 janvier Nature Nanotechnologie papier décrivant les nouveaux capteurs. L'auteur principal de l'article est Markita Landry, un ancien postdoctorant du MIT qui est maintenant professeur assistant à l'Université de Californie à Berkeley.

Les autres auteurs du MIT sont le chercheur Hiroki Ando, ancien étudiant diplômé Allen Chen, post-doctorants Jicong Cao et Juyao Dong, et professeur agrégé de génie électrique et d'informatique Timothy Lu. Vishal Kottadiel de l'Université Harvard et Linda Chio et Darwin Yang de l'Université de Californie à Berkeley sont également auteurs.

Pas de limite de détection

Le laboratoire de Strano a déjà développé des capteurs capables de détecter de nombreux types de molécules, tous basés sur des modifications de nanotubes de carbone - creux, des cylindres nanométriques d'épaisseur en carbone qui émettent naturellement une fluorescence lorsqu'ils sont exposés à la lumière laser. Pour transformer les nanotubes en capteurs, Le labo de Strano les enrobe d'ADN, protéines, ou d'autres molécules qui peuvent se lier à une cible spécifique. Lorsque la cible est liée, la fluorescence des nanotubes change de manière mesurable.

Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé des chaînes d'ADN appelées aptamères pour enrober les nanotubes de carbone. Les efforts précédents pour utiliser des aptamères d'ADN ont été contrecarrés en raison de la difficulté à faire en sorte que l'aptamère adhère au nanotube tout en maintenant la configuration dont il a besoin pour se lier à sa cible.

Landry a surmonté ce défi en ajoutant une séquence "spacer" entre la section de l'aptamère qui se fixe au nanotube et la section qui se lie à la cible, laissant à chaque région la liberté d'exercer sa propre fonction. Les chercheurs ont réussi à démontrer des capteurs pour une protéine de signalisation appelée RAP1 et une protéine virale appelée HIV1 intégrase, et ils croient que l'approche devrait fonctionner pour de nombreuses autres protéines.

Pour surveiller la production de protéines de cellules individuelles, les chercheurs ont installé un réseau de capteurs sur une lame de microscope. Lorsqu'une seule bactérie, Humain, ou une cellule de levure est placée sur la matrice, les capteurs peuvent détecter chaque fois que la cellule sécrète une molécule de la protéine cible.

"Les réseaux de nanocapteurs comme celui-ci n'ont pas de limite de détection, " dit Strano. " Ils peuvent voir jusqu'à des molécules simples. "

Cependant, il y a un compromis :moins il y a de molécules, plus il faut de temps pour les sentir. Au fur et à mesure que la molécule se raréfie, la détection peut prendre un temps infini, dit Strano.

"La nouvelle étude de Strano et de ses collègues propose une nouvelle approche passionnante pour détecter les protéines jusqu'au niveau de la molécule unique, " dit Robert Hurt, un professeur d'ingénierie à l'Université Brown qui n'était pas impliqué dans la recherche. "Le travail pousse à l'avant-garde de la détection de protéine unique et peut permettre aux chercheurs de voir d'importants, événements moléculaires en temps réel au niveau de la cellule unique, comme la libération de protéines lors de la division cellulaire."

Outils utiles

Les réseaux de capteurs pourraient être utiles pour de nombreuses applications différentes, disent les chercheurs.

« Cette plateforme ouvrira une nouvelle voie pour détecter des traces de protéines sécrétées par des micro-organismes, ", dit Dong. "Cela fera avancer la recherche biologique [sur] la génération de molécules de signal, ainsi que les [efforts pour surveiller] la santé des micro-organismes et la qualité des produits de l'industrie biopharmaceutique."

Dans le domaine pharmaceutique, ces capteurs pourraient être utilisés pour tester des cellules conçues pour aider à traiter la maladie. De nombreux chercheurs travaillent maintenant sur une approche où les médecins retireraient les propres cellules d'un patient, les concevoir pour exprimer une protéine thérapeutique, et remettez-les dans le patient.

"Nous pensons que ces réseaux de nanocapteurs vont être des outils utiles pour mesurer ces précieuses cellules et s'assurer qu'elles fonctionnent comme vous le souhaitez, " dit Strano.

Il dit que les chercheurs pourraient également utiliser les puces pour étudier l'infection virale, fonction de neurotransmetteur, et un phénomène appelé quorum sensing, qui permet aux bactéries de communiquer entre elles pour coordonner leur expression génique.