Dans une première étude de preuve de concept, des chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) ont combiné deux méthodes de microscopie qui rendent visibles à la fois la surface d'une cellule et la distribution d'une protéine dans la cellule, à une résolution de l'ordre du nanomètre. La méthode peut être utilisée pour des cellules vivantes. Cela pourrait par exemple aider à analyser la formation des métastases cancéreuses ou à évaluer l'efficacité de médicaments spécifiques. Les chercheurs du groupe de travail nanoscopie de Rubion, l'Unité centrale des faisceaux ioniques et des radionucléides de la RUB, ont rapporté leurs découvertes dans la célèbre revue ACS Nano le 23 mai, 2018.

Un premier pas

Nettement inférieur à 250 nanomètres, les complexes protéiques ne peuvent pas être décrits en détail à l'aide de techniques de microscopie optique. Afin de trouver un moyen d'entrer, le groupe de travail RUB a combiné la microscopie à déplétion par émission stimulée (STED) et la microscopie à conductance ionique à balayage (SICM).

"La microscopie STED nous permet d'analyser la distribution des protéines en haute résolution. Le SICM facilite le sondage à haute résolution de la membrane cellulaire. En conséquence, nous avons pu lier la distribution de la protéine cellulaire actine à la nanostructure de la membrane cellulaire, " explique Philipp Hagemann, doctorat chercheur dans le groupe de travail. "Nos résultats constituent une première étape vers une analyse haute résolution de la structure de surface, c'est-à-dire l'organisation biochimique de la cellule et de sa membrane environnante, " précise le Dr Patrick Happel, chef du groupe de travail sur la nanoscopie.

Comprendre le rôle de la membrane cellulaire

La membrane cellulaire est une couche graisseuse qui entoure chaque cellule, le séparant ainsi de son environnement. Afin de communiquer avec leur environnement, les cellules ont un certain nombre de protéines différentes qui sont intégrées dans la membrane cellulaire et transmettent des stimuli externes à l'intérieur de la cellule. "La façon dont les protéines sont organisées dans la membrane cellulaire, la façon dont leur position change, et la façon dont ces changements sont orchestrés n'a pas encore été entièrement comprise, " dit Happel. Les protéines de la membrane cellulaire ainsi que la membrane cellulaire elle-même sont des facteurs importants dans ce processus, à mesure que les cellules modifient leur position pendant la cicatrisation, pendant le développement, et aussi pendant la formation de métastases cancéreuses. Les chercheurs appellent ce processus la migration.

Même si la migration cellulaire diffère entre les différents types de cellules, un aspect commun est une expansion de la membrane cellulaire dans la direction du mouvement. Au sein de l'organisme, les cellules en migration doivent se déplacer à travers des espaces extrêmement étroits entre les autres cellules. Ceci n'est possible que si la cellule est considérablement déformée, et si des complexes d'adhésion se forment au bord avant de la cellule et se détachent au bord arrière. L'interaction de ces processus biochimiques et biophysiques est encore mal comprise au niveau moléculaire, car il n'existe aucune méthode capable de surveiller ce processus dynamique en haute résolution sur une période de temps prolongée.

Dispositif en deux parties prévu

"Nous avons enregistré les données successivement avec différents appareils. Ainsi, nous avons pu démontrer que notre méthode permet de nouvelles analyses, " explique Astrid Gesper, doctorat chercheur dans le groupe de travail.

Afin de faciliter l'analyse dans les cellules vivantes, l'équipe prévoit de développer un instrument combiné dans la prochaine étape. "La combinaison des deux méthodes rendra les processus de transport visibles en détail - ce qui joue également un rôle crucial pour l'application ciblée de médicaments via des nanoparticules, " conclut Patrick Happel.