Pour que les cellules de notre corps fonctionnent comme une unité, ils doivent communiquer entre eux en permanence. Ils sécrètent des molécules de signalisation :des ions, protéines et acides nucléiques - qui sont captés par les cellules adjacentes, qui à leur tour transmettent le signal à d'autres cellules. Nos muscles, le système digestif et le cerveau ne peuvent fonctionner que grâce à ce type de communication. Et c'est la seule façon dont notre système immunitaire peut reconnaître les agents pathogènes ou les cellules infectées et réagir en conséquence - encore une fois, en envoyant des signaux pour mobiliser les défenses immunitaires. Si quelque chose ne va pas avec cette signalisation entre les cellules, elle peut entraîner des maladies telles que le cancer ou des troubles auto-immuns. "C'est pourquoi il est important de rechercher quels signaux les cellules envoient dans quelles situations, " dit Morteza Aramesh. Le biophysicien, qui travaille au Laboratoire de biocapteurs et de bioélectronique de l'ETH Zurich, a développé une nouvelle méthode qui fait précisément cela :elle écoute la communication entre les cellules individuelles.

Un nanocapteur innovant

Bien qu'il ait été possible de mesurer ces signaux dans le passé, cela ne pouvait être fait que pour des populations entières de centaines ou de milliers de cellules. Les méthodes n'étaient pas suffisamment sensibles pour être utilisées sur des cellules individuelles, ce qui signifie que les molécules de signalisation des cellules individuelles ont été immergées dans la moyenne de la population cellulaire totale :« Il était impossible de détecter des différences entre les cellules afin d'identifier les cellules malades, par exemple, " dit Aramesh.

La nouvelle méthode, qui a été récemment publié dans la revue scientifique Nature Nanotechnologie , est différent. Aramesh et ses collègues ont utilisé ce qu'on appelle un microscope à force fluide, équipé d'une pointe cantilever spéciale. Un cantilever est un petit bras de levier avec une pointe fine qui peut être utilisé avec ce type de microscope pour balayer des surfaces, comme celle d'une cellule. Ce qui est nouveau, c'est qu'un minuscule capteur est placé sur la pointe du porte-à-faux. Il se compose d'un pore de nitrure de silicium de quelques nanomètres seulement, qui s'enregistre lorsqu'une cellule libère des molécules.

Comment ça marche :les protéines de transport situées dans la membrane cellulaire contrôlent la façon dont une cellule libère les molécules de signalisation. Le nouveau capteur nanopore a un diamètre si petit qu'il peut être positionné précisément sur l'une de ces protéines de transport et ainsi intercepter les molécules qui le traversent. Le capteur nanopore est capable de mesurer le courant ionique, qui change lorsque des ions ou des biomolécules plus grosses, tels que les protéines ou les acides nucléiques, couler à travers le pore. Différentes molécules de signalisation peuvent alors être identifiées en fonction de la nature et de la durée du changement de courant ionique.

Un examen attentif des cellules individuelles

Les chercheurs ont testé leur méthode, qu'ils appellent la microscopie à nanopores à balayage, sur des cellules nerveuses vivantes de tissu cérébral de rat. Jusque là, ils ont pu faire la distinction entre des molécules de signalisation individuelles, comme les ions et certaines protéines. Les biophysiciens envisagent maintenant de développer davantage leur nanocapteur afin d'identifier d'autres molécules de signalisation à l'avenir. "Notre objectif est de pouvoir à terme analyser l'ensemble des signaux d'une cellule, " dit János Vörös, Responsable du Laboratoire de Biocapteurs et Bioélectronique et dernier auteur de la publication. Néanmoins, la méthode peut déjà être utilisée pour localiser des protéines de transport dans une cellule vivante.

De plus, le capteur nouvellement développé a également permis aux chercheurs de regarder à l'intérieur des cellules, puisque la pointe du nanocapteur est si délicate qu'elle peut perforer la membrane cellulaire sans dommage permanent. A l'intérieur de la cellule, il est alors possible d'analyser ce qui est éliminé du noyau cellulaire. "Les fragments d'ARN sont particulièrement intéressants ici, " dit Vörös. Ils donnent un aperçu des protéines qu'une cellule produit actuellement, un facteur clé dans l'apparition de nombreuses maladies.

"Notre méthode offre aux biologistes des moyens complètement nouveaux d'étudier le comportement de cellules individuelles, " ajoute Vörös. Il permet non seulement de différencier les cellules malades des cellules saines, mais peut également être utilisé dans le développement de cellules souches ou pour déterminer si les cellules du laboratoire se comportent de la même manière que dans le corps. La nouvelle méthode est susceptible d'aider à répondre à de nombreuses autres questions à l'avenir.