Les bactéries sont capables de se fixer aux fibres des tissus à l'aide d'un « nano-adhésif ». La manière dont ils y parviennent a été étudiée il y a quelques années par Viola Vogel, Professeur de mécanobiologie appliquée à l'ETH Zurich, à l'aide de simulations informatiques au CSCS. Les chercheurs ont simulé comment le nano-adhésif bactérien - un fil peptidique avec plusieurs sites de liaison enfilés comme des perles - adhère à ce qu'on appelle les fibres de fibronectine. Ceux-ci font partie du réseau fibreux dans lequel les cellules sont intégrées. Là où il y a une lésion, les fibres de fibronectine se sectionnent.

La bactérie détecte l'état de tension des fibres tissulaires

Les fibres tissulaires intactes sont maintenues sous tension par la force de traction des cellules du réseau fibreux. Lorsque les fibres de fibronectine sont étirées par des forces, des simulations de ce processus ont montré que les distances entre les sites de liaison individuels sur la fibronectine, comme ponté par le peptide bactérien, deviennent trop gros et donc le nano-adhésif bactérien se détache largement.

À l'époque, les chercheurs ne s'attendaient pas à de tels résultats. Ceux-ci suggèrent que la bactérie Staphylococcus aureus, dont l'adhérence a été utilisée dans la simulation, pourrait au cours de son évolution avoir développé un nano-capteur pour détecter l'état tensionnel des fibres de fibronectine. Afin d'infecter « avec succès » une lésion, la bactérie redoutée se lie probablement à des fibres sectionnées et donc structurellement relâchées.

Cependant, on sait peu de choses sur l'état tensionnel des fibres tissulaires et leur effet sur les processus physiologiques dans les modifications dégénératives des tissus, par exemple. Il existe également un manque de méthodes adaptées pour mesurer les forces minuscules que les cellules exercent sur les fibres tissulaires.

Viola Vogel et son groupe de recherche travaillent donc sur des nano-capteurs capables de faire le travail :inspirés des simulations, ils ont développé un peptide bactérien capable de reconnaître les états tensionnels de la fibronectine dans les tissus. Un tel peptide pourrait être utilisé à la fois en thérapie et en diagnostic.

Des nano-capteurs prédits par un superordinateur ont été testés avec succès sur des animaux

Maintenant, des tests sur le peptide produit synthétiquement dans des cultures cellulaires ainsi que dans des tissus tumoraux à partir de modèles animaux ont donné des résultats positifs aux chercheurs. Parce que le peptide se lie uniquement aux fibres non tendues, il peut révéler visiblement quelles fibres du tissu tumoral sont sous tension. Les résultats de la recherche ont été publiés aujourd'hui dans la revue scientifique Communication Nature .

Afin de tester si le peptide se lie bien uniquement aux fibres non tendues, les chercheurs ont ajouté au milieu de culture cellulaire une "nano-sonde" optique spéciale qu'ils avaient développée. Cette sonde n'est utilisable que dans les cultures cellulaires, où il change de couleur pour indiquer l'état de tension des fibres. En outre, les chercheurs ont marqué le peptide produit synthétiquement avec un fluorophore supplémentaire afin de visualiser où il se lie dans la culture cellulaire.

Par ailleurs, les tissus tumoraux ont été colorés avec un peptide spécial de couleur et des anticorps qui se lient à toute la fibronectine, où ils ont rendu visibles toutes les fibres de fibronectine dans la tumeur par rapport aux fibres relâchées comme marqué par le peptide.

Toutes les fibres ne sont pas sous tension

L'examen détaillé de la tumeur a révélé à l'étonnement des scientifiques que les peptides ne se sont pas liés à toutes les fibres de fibronectine, cependant - un signe que toutes les fibres de la tumeur ne sont pas sous tension. "Toutefois, on ne peut pas encore dire pourquoi la fibronectine sous tension est plus abondante dans certaines zones de la tumeur que dans d'autres, " dit Vogel.

Afin de savoir si l'adhésif bactérien convient également à des fins de diagnostic, des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI) dirigés par Martin Behé et Roger Schibli ont injecté des peptides marqués radioactivement dans le modèle animal. Cela a permis aux scientifiques d'identifier où le peptide se lie dans l'organisme. "Outre les organes bien perfusés comme les reins, foie et rate, le peptide principalement accumulé dans le tissu tumoral, ", raconte Viola Vogel. C'est aussi là qu'il est resté le plus longtemps.

Les scientifiques espèrent que les peptides pourront servir de marqueurs diagnostiques des tissus tumoraux et d'autres maladies dégénératives. Les peptides pourraient être utilisés pour la radiothérapie ou pour administrer des ingrédients pharmaceutiques actifs au site malade, par exemple en liant un principe actif au peptide bactérien, sur quoi les capteurs de liaison du peptide amènent l'ingrédient actif directement à sa cible. Le grand avantage des peptides est qu'ils sont beaucoup plus petits que les nanoparticules et les anticorps. « Ces petites molécules peuvent donc pénétrer beaucoup mieux et plus profondément dans le tissu tumoral dense, " dit Vogel.

Examen des candidatures possibles

Les résultats et la nouvelle approche de recherche de Vogel's dans la quête de nouvelles méthodes de diagnostic et de thérapie ont attiré l'attention :en plus d'une bourse ERC et d'une subvention SNF récemment attribuée, le célèbre hôpital universitaire Charité de Berlin a conféré à Viola Vogel une chaire Einstein qui lui permettra de financer deux postes, permettant de combiner la nouvelle technique avec la recherche clinique. En collaboration avec le PSI, Vogel a également l'intention d'étudier quels types de tissus et de maladies peuvent être mieux ciblés par le peptide.

Le chemin a été long depuis les premières simulations au CSCS et les tests en laboratoire jusqu'aux modèles animaux, Viola Vogel fait remarquer. Les sciences expérimentales portent couramment un regard critique sur les recherches fondées sur des simulations. Mais le professeur de l'ETH réfute cette perception :« Grâce à des simulations, nous essayons d'affiner notre réflexion sur les processus moléculaires. Le chercheur est convaincu que les résultats actuels n'auraient pas pu être obtenus sans simulations. « Cela nous amène clairement au point où les simulations ont une valeur prédictive, " dit Vogel.