En utilisant des impulsions électriques, la « pince à épiler » peut extraire un seul ADN, protéines et organites de cellules vivantes sans les détruire.

Nous développons continuellement nos connaissances sur le fonctionnement des cellules, mais de nombreuses questions restent sans réponse. Cela est particulièrement vrai pour les cellules individuelles qui sont du même type, comme le cerveau, cellules musculaires ou graisseuses, mais ont des compositions très différentes au niveau de la molécule unique.

Le catalogage de la diversité de cellules apparemment identiques peut aider les chercheurs à mieux comprendre les processus cellulaires fondamentaux et à concevoir des modèles améliorés de maladie, et même de nouvelles thérapies spécifiques au patient.

Cependant, les méthodes traditionnelles pour étudier ces différences impliquent généralement l'éclatement de la cellule, résultant en un mélange de tout son contenu. Cela se traduit non seulement par la perte d'informations spatiales - comment les contenus ont été disposés les uns par rapport aux autres, mais aussi en information dynamique, tels que les changements moléculaires dans la cellule au fil du temps.

Une nouvelle technique, développé par une équipe dirigée par le professeur Joshua Edel et le Dr Alex Ivanov à l'Imperial College de Londres, permet aux chercheurs d'extraire des molécules uniques de cellules vivantes, sans les détruire. La recherche, publié aujourd'hui dans la revue Nature Nanotechnologie , pourrait aider les scientifiques à créer un « atlas des cellules humaines », fournir de nouvelles informations sur le fonctionnement des cellules saines et sur ce qui ne va pas dans les cellules malades.

Professeur Joshua Edel, du Département de chimie de l'Impériale, dit :"Avec nos pincettes, nous pouvons extraire le nombre minimum de molécules dont nous avons besoin d'une cellule en temps réel, sans l'endommager. Nous avons démontré que nous pouvons manipuler et extraire plusieurs parties différentes de différentes régions de la cellule, y compris les mitochondries du corps cellulaire, ARN provenant de différents emplacements dans le cytoplasme et même ADN provenant du noyau."

La pince à épiler est formée d'une tige de verre pointue se terminant par une paire d'électrodes fabriquées à partir d'un matériau à base de carbone un peu comme le graphite. La pointe a un diamètre inférieur à 50 nanomètres (un nanomètre correspond à un millionième de millimètre) et est divisée en deux électrodes, avec un écart de 10 à 20 nanomètres entre eux.

En appliquant une tension alternative, ce petit espace crée un puissant champ électrique hautement localisé qui peut piéger et extraire le petit contenu des cellules telles que l'ADN et les facteurs de transcription, des molécules qui peuvent modifier l'activité des gènes.

La méthode est basée sur un phénomène appelé diélectrophorèse. La pince à épiler génère un champ électrique suffisamment élevé permettant le piégeage de certains objets tels que des molécules simples et des particules. La capacité de sélectionner des molécules individuelles à partir d'une cellule la distingue des technologies alternatives.

La technique pourrait potentiellement être utilisée pour réaliser des expériences actuellement impossibles. Par exemple, les cellules nerveuses ont besoin de beaucoup d'énergie pour envoyer des messages dans tout le corps, ils contiennent donc de nombreuses mitochondries pour les aider à fonctionner. Cependant, en ajoutant ou en retirant des mitochondries de cellules nerveuses individuelles, les chercheurs pourraient mieux comprendre leur rôle, notamment dans les maladies neurodégénératives.

Dr Alex Ivanov, du Département de chimie de l'Impériale, a déclaré:"Ces pinces à épiler à l'échelle nanométrique pourraient être un ajout essentiel à la boîte à outils pour manipuler des cellules individuelles et leurs parties. En étudiant les cellules vivantes au niveau moléculaire, nous pouvons extraire des molécules individuelles du même emplacement avec une résolution spatiale sans précédent et sur plusieurs points dans le temps. Cela peut fournir une meilleure compréhension des processus cellulaires, et en établissant pourquoi les cellules du même type peuvent être très différentes les unes des autres. »

Le professeur Edel a ajouté :« L'ensemble du projet n'a été rendu possible que grâce au savoir-faire, aux capacités et à l'enthousiasme uniques des jeunes membres de l'équipe, dont le Dr Binoy Paulose Nadappuram et le Dr Paolo Cadinu, entre autres, qui ont tous des expertises et des parcours divers."