Dans l'image de couverture d'un prochain numéro de Petit , une seule cellule de lymphome est isolée sur le nouveau biocapteur (grossissement 2, 700 fois). Crédit :EPFL
Une technologie révolutionnaire de laboratoire sur puce qui révèle comment les cellules humaines communiquent pourrait conduire à de nouveaux traitements contre le cancer et les maladies auto-immunes.
Développé par une équipe de recherche australo-suisse, la technologie offre aux chercheurs des informations sans précédent sur le comportement des cellules individuelles, ce que les scientifiques découvrent est beaucoup plus complexe qu'on ne le pensait auparavant.
Les chercheurs de l'Université RMIT, L'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et le Ludwig Institute for Cancer Research à Lausanne ont uni leurs forces pour construire un biocapteur miniature qui permet aux scientifiques d'isoler des cellules individuelles, les analyser en temps réel et observer leur comportement de signalisation complexe sans perturber leur environnement.
Distingué professeur Arnan Mitchell, Directeur de l'installation de recherche MicroNano du RMIT, a déclaré que l'analyse monocellulaire était très prometteuse pour le développement de nouveaux traitements contre les maladies, mais le manque de technologies d'analyse efficaces freinait la recherche dans ce domaine.
« Nous en savons beaucoup sur la façon dont les groupes de cellules communiquent pour combattre la maladie ou répondre aux infections, mais nous avons encore beaucoup à apprendre sur les cellules individuelles, ", a déclaré Mitchell.
"Des études ont récemment montré que vous pouvez prendre deux cellules du même type et leur donner le même traitement, mais elles réagiront très différemment.
"Nous n'en savons pas assez sur les mécanismes sous-jacents pour comprendre pourquoi cela se produit et nous n'avons pas les bonnes technologies pour aider les scientifiques à le comprendre.
« Notre solution à ce défi est un ensemble complet :un biocapteur optofluidique intégré qui peut isoler des cellules individuelles et surveiller les produits chimiques qu'elles produisent en temps réel pendant au moins 12 heures.
Le biocapteur (photo) est une lame de verre mince compatible avec les microscopes traditionnels. Crédit :EPFL
"C'est un nouvel outil puissant qui nous donnera une compréhension fondamentale plus profonde de la communication et du comportement cellulaires. Ces informations ouvriront la voie au développement de méthodes radicalement nouvelles pour diagnostiquer et traiter les maladies."
Les cellules humaines communiquent que quelque chose ne va pas de manière complexe et dynamique, produisant diverses substances chimiques qui signalent aux autres cellules ce qu'elles doivent faire. Lorsqu'une infection est détectée, par exemple, les globules blancs entreront en action et libéreront des protéines spéciales pour combattre et éliminer les intrus.
Comprendre comment les cellules individuelles interagissent et communiquent est essentiel pour développer de nouvelles thérapies pour des maladies graves, pour mieux exploiter la puissance du propre système immunitaire du corps ou cibler précisément les cellules défectueuses.
Dans un article publié dans la revue à fort impact Petit , l'équipe de recherche démontre comment la technologie peut être utilisée pour examiner la sécrétion de cytokines à partir de cellules de lymphome uniques.
Les cytokines sont de petites protéines produites par un large éventail de cellules pour communiquer avec d'autres cellules, et ils sont connus pour jouer un rôle important dans les réponses à l'infection, troubles immunitaires, inflammation, septicémie et cancer.
L'étude a révélé que les cellules du lymphome produisaient des cytokines de différentes manières, unique à chaque cellule, permettant aux chercheurs de déterminer les « empreintes digitales de sécrétion » de chaque cellule.
« Si nous pouvons dresser une image claire de ce comportement, cela nous aiderait à trier les bonnes cellules des mauvaises et nous permettrait un jour de développer des traitements qui ciblent précisément ces mauvaises cellules, ", a déclaré Mitchell.
Le dispositif intégré montrant la puce microfluidique sous le capteur doré. Les micro-canaux clés - orange (primaire) et régulateur (bleu) - sont mis en évidence avec des colorants colorés fluides. Crédit :Université RMIT
Comment ça fonctionne
Le biocapteur est la dernière adaptation de la technologie de laboratoire sur puce microfluidique développée dans l'installation de recherche MicroNano du RMIT.
Une puce microfluidique contient de minuscules canaux, pompes et processeurs, permettant une manipulation précise et flexible des fluides. Essentiellement, la microfluidique fait pour les fluides ce que la microélectronique fait pour l'information :intégrer de grandes quantités de minuscules éléments de traitement dans une petite puce portable, rapide et peut être produit rapidement et efficacement.
La nouvelle technologie rentable et évolutive est légère et portable, combinant la microfluidique avec la nanophotonique.
Compatible avec les microscopes traditionnels, le biocapteur est une lame de verre mince recouverte d'un film d'or, perforé de milliards de minuscules nanotrous disposés selon un motif spécifique. Ces nanotrous transmettent une seule couleur de lumière, en raison d'un phénomène optique connu sous le nom d'effet plasmonique.
En observant la couleur transmise, les chercheurs peuvent déterminer la présence de quantités infimes de produits chimiques spécifiques sur une lame sans aucune étiquette externe. Cette méthode de détection permet de surveiller en continu les produits chimiques produits à partir d'une seule cellule en temps réel.
Le capteur nanophotonique est couplé à un circuit intégré microfluidique avec des canaux de fluide de la taille d'un cheveu humain. Le circuit comprend des vannes pour isoler la cellule et concentrer ses sécrétions, et des systèmes pour réguler la température et l'humidité pour soutenir la cellule.
Le travail est une collaboration entre le laboratoire des Systèmes Bionanophotoniques de l'EPFL, La Suisse, le Centre intégré de photonique et d'applications de la Faculté d'ingénierie du RMIT et du Ludwig Institute for Cancer Research, La Suisse.
Les puces microfluidiques RMIT ont joué un rôle essentiel dans la recherche dans divers domaines, de la surveillance de la qualité de l'eau au développement de tests sanguins au point de service pour les crises cardiaques présumées qui pourraient donner des résultats alors qu'un patient est encore dans une ambulance.
