Les cellules de notre corps se divisent et changent avec le temps, avec des milliers de réactions chimiques se produisant quotidiennement dans chaque cellule. Cela rend difficile pour les scientifiques de comprendre ce qui se passe à l'intérieur. Maintenant, les minuscules nanopailles développées par les chercheurs de Stanford offrent une méthode d'échantillonnage du contenu cellulaire sans perturber ses processus naturels.

Un problème avec la méthode actuelle d'échantillonnage des cellules, appelé lyse, c'est qu'il rompt la cellule. Une fois la cellule détruite, il ne peut plus être échantillonné. Ce nouveau système d'échantillonnage repose sur de minuscules tubes 600 fois plus petits qu'une mèche de cheveux qui permettent aux chercheurs de prélever une seule cellule à la fois. Les nanopailles pénètrent dans la membrane externe d'une cellule, sans l'abîmer, et extraire les protéines et le matériel génétique de l'intérieur salé de la cellule.

"C'est comme une prise de sang pour la cellule, " dit Nicolas Melosh, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux et auteur principal d'un article décrivant les travaux publiés récemment dans Actes de l'Académie nationale des sciences .

Surveillance non destructive

La technique d'échantillonnage à la nanopaille, selon Meloch, aura un impact significatif sur notre compréhension du développement cellulaire et pourrait conduire à des thérapies médicales beaucoup plus sûres et efficaces car la technique permet une utilisation à long terme, contrôle non destructif.

"Ce que nous espérons faire, en utilisant cette technologie, est d'observer l'évolution de ces cellules au fil du temps et d'être en mesure de déduire comment différentes conditions environnementales et « cocktails chimiques » influencent leur développement - pour aider à optimiser le processus de thérapie, " a déclaré Meloch.

Si les chercheurs peuvent parfaitement comprendre le fonctionnement d'une cellule, ils peuvent alors développer des traitements qui s'attaqueront directement à ces processus. Par exemple, dans le cas des cellules souches, les chercheurs découvrent des moyens de grandir entier, organes spécifiques au patient. L'astuce est, les scientifiques ne savent pas vraiment comment les cellules souches se développent.

"Pour les cellules souches, nous savons qu'elles peuvent se transformer en de nombreux autres types de cellules, mais nous ne connaissons pas l'évolution - comment passent-ils des cellules souches à, dire, cellules cardiaques ? Il y a toujours un mystère. Cette technique d'échantillonnage nous donnera une idée plus précise de la façon dont c'est fait, " dit Yuhong Cao, un étudiant diplômé et premier auteur sur le papier.

La technique d'échantillonnage pourrait également éclairer les traitements contre le cancer et répondre aux questions sur les raisons pour lesquelles certaines cellules cancéreuses sont résistantes à la chimiothérapie alors que d'autres ne le sont pas.

« Avec la chimiothérapie, il y a toujours des cellules résistantes, " dit Cao. " Si nous pouvons suivre le mécanisme intercellulaire des cellules survivantes, nous pouvons connaître, génétiquement, sa réponse au médicament."

Imiter la biologie

La plate-forme d'échantillonnage sur laquelle les nanopailles sont cultivées est minuscule – environ la taille d'une boule de gomme. C'est ce qu'on appelle le système d'échantillonnage Nanostraw Extraction (NEX), et il a été conçu pour imiter la biologie elle-même.

Dans nos corps, les cellules sont reliées par un système de "portes" à travers lesquelles elles s'envoient des nutriments et des molécules, comme les pièces d'une maison reliées par des portes. Ces portes intercellulaires, appelées jonctions communicantes, sont ce qui a inspiré Melosh il y a six ans, quand il essayait de déterminer un moyen non destructif de livrer des substances, comme l'ADN ou les médicaments, à l'intérieur des cellules. Le nouveau système d'échantillonnage NEX est l'inverse, observer ce qui se passe à l'intérieur plutôt que de proposer quelque chose de nouveau.

"C'est une période super excitante pour la nanotechnologie, " Melosh a déclaré. "Nous arrivons vraiment à une échelle où ce que nous pouvons faire de manière contrôlable est de la même taille que les systèmes biologiques."

Perfectionnement du système de prélèvement de nanopaille

La construction du système d'échantillonnage NEX a pris des années pour se perfectionner. Melosh et son équipe devaient non seulement s'assurer que l'échantillonnage cellulaire avec cette méthode était possible, ils avaient besoin de voir que les échantillons étaient en fait une mesure fiable du contenu cellulaire, et que des échantillons, lorsqu'il est pris dans le temps, resté cohérent.

Lorsque l'équipe a comparé ses échantillons de cellules du NEX avec des échantillons de cellules prélevés en brisant les cellules, ils ont constaté que 90 pour cent des échantillons étaient congrus. L'équipe de Melosh a également découvert que lorsqu'elle prélevait des échantillons sur un groupe de cellules jour après jour, certaines molécules qui devraient être présentes à des niveaux constants sont restées les mêmes, indiquant que leur échantillonnage reflétait avec précision l'intérieur de la cellule.

Avec l'aide des collaborateurs Sergiu P. Pasca, professeur assistant en psychiatrie et sciences du comportement, et Joseph Wu, professeur de radiologie, Melosh et ses collègues ont testé la méthode d'échantillonnage NEX non seulement avec des lignées cellulaires génériques, mais aussi avec du tissu cardiaque humain et des cellules cérébrales cultivées à partir de cellules souches. Dans chaque cas, l'échantillonnage de nanopaille reflétait le même contenu cellulaire que la lyse des cellules.

Le but de développer cette technologie, selon Meloch, était d'avoir un impact sur la biologie médicale en fournissant une plate-forme que n'importe quel laboratoire pourrait construire. Seuls quelques laboratoires à travers le monde, jusque là, utilisent des nanopailles dans la recherche cellulaire, mais Melosh s'attend à ce que ce nombre augmente considérablement.

"Nous voulons que le plus de personnes possible utilisent cette technologie, ", a-t-il déclaré. "Nous essayons de faire progresser la science et la technologie au profit de l'humanité."