Les chercheurs ont mis au point une « membrane sur puce » de cellule humaine qui permet de surveiller en continu la façon dont les médicaments et les agents infectieux interagissent avec nos cellules, et pourrait bientôt être utilisé pour tester des candidats-médicaments potentiels pour COVID-19.

Les chercheurs, de l'Université de Cambridge, Université Cornell et Université Stanford, disent que leur appareil pourrait imiter n'importe quel type de cellule - bactérien, humains ou même les parois cellulaires dures des plantes. Leurs recherches ont récemment pivoté sur la façon dont COVID-19 attaque les membranes cellulaires humaines et, plus important, comment il peut être bloqué.

Les dispositifs ont été formés sur des puces tout en préservant l'orientation et la fonctionnalité de la membrane cellulaire et ont été utilisés avec succès pour surveiller l'activité des canaux ioniques, une classe de protéines dans les cellules humaines qui sont la cible de plus de 60 % des produits pharmaceutiques approuvés. Les résultats sont publiés dans deux articles récents en Langmuir et ACS Nano .

Les membranes cellulaires jouent un rôle central dans la signalisation biologique, tout contrôler, du soulagement de la douleur à l'infection par un virus, agissant comme le gardien entre une cellule et le monde extérieur. L'équipe a entrepris de créer un capteur qui préserve tous les aspects critiques d'une membrane cellulaire - structure, fluidité, et le contrôle du mouvement des ions, sans les étapes fastidieuses nécessaires pour maintenir une cellule en vie.

L'appareil utilise une puce électronique pour mesurer tout changement dans une membrane sus-jacente extraite d'une cellule, permettant aux scientifiques de comprendre facilement et en toute sécurité comment la cellule interagit avec le monde extérieur.

Le dispositif intègre des membranes cellulaires avec des électrodes polymères conductrices et des transistors. Pour générer les membranes sur puce, l'équipe Cornell a d'abord optimisé un processus pour produire des membranes à partir de cellules vivantes, puis, travailler avec l'équipe de Cambridge, les a cajolés sur des électrodes polymères de manière à préserver toutes leurs fonctionnalités. Les polymères conducteurs hydratés fournissent un environnement plus « naturel » pour les membranes cellulaires et permettent une surveillance robuste de la fonction membranaire.

L'équipe de Stanford a optimisé les électrodes polymères pour surveiller les changements dans les membranes. L'appareil ne repose plus sur des cellules vivantes qui sont souvent techniquement difficiles à maintenir en vie et nécessitent une attention particulière, et les mesures peuvent durer sur une période de temps prolongée.

« Parce que les membranes sont produites à partir de cellules humaines, c'est comme faire une biopsie de la surface de cette cellule - nous avons tout le matériel qui serait présent, y compris les protéines et les lipides, mais aucun des défis liés à l'utilisation de cellules vivantes, " a déclaré le Dr Susan Daniel, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à Cornell et auteur principal de l'article de Langmuir.

"Ce type de criblage est généralement effectué par l'industrie pharmaceutique avec des cellules vivantes, mais notre appareil offre une alternative plus simple, " a déclaré le Dr Róisín Owens du Département de génie chimique et de biotechnologie de Cambridge, et auteur principal du ACS Nano papier. « Cette méthode est compatible avec le criblage à haut débit et réduirait le nombre de faux positifs entrant dans le pipeline de R&D. »

"L'appareil peut être aussi petit que la taille d'une cellule humaine et facilement fabriqué en matrices, ce qui nous permet d'effectuer plusieurs mesures en même temps, " a déclaré le Dr Anna-Maria Pappa, également de Cambridge et co-auteur des deux articles.

À ce jour, le but de la recherche, soutenu par un financement de la Defense Research Projects Agency des États-Unis (DARPA), a été de démontrer comment les virus tels que la grippe interagissent avec les cellules. Maintenant, La DARPA a fourni un financement supplémentaire pour tester l'efficacité de l'appareil dans le dépistage de candidats médicaments potentiels pour COVID-19 de manière sûre et efficace.

Compte tenu des risques importants encourus par les chercheurs travaillant sur le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, les scientifiques du projet se concentreront sur la fabrication de membranes virales et leur fusion avec les puces. Les membranes virales sont identiques à la membrane SARS-CoV-2 mais ne contiennent pas l'acide nucléique viral. De cette façon, de nouveaux médicaments ou anticorps pour neutraliser les pointes de virus qui sont utilisés pour entrer dans la cellule hôte peuvent être identifiés. Ces travaux devraient démarrer le 1er août.

"Avec cet appareil, nous ne sommes pas exposés à des environnements de travail à risque pour lutter contre le SARS-CoV-2. Le dispositif accélérera le criblage des candidats médicaments et apportera des réponses aux questions sur le fonctionnement de ce virus, " a déclaré le Dr Han-Yuan Liu, Chercheur Cornell et co-auteur des deux articles.

Les travaux futurs se concentreront sur l'intensification de la production des dispositifs à Stanford et l'automatisation de l'intégration des membranes avec les puces, s'appuyant sur l'expertise fluidique de Stanford PI Juan Santiago qui rejoindra l'équipe en août.

"Ce projet a fusionné des idées et des concepts de laboratoires au Royaume-Uni, Californie et New York, et montré un appareil qui fonctionne de manière reproductible dans les trois sites. C'est un excellent exemple de la puissance de l'intégration de la biologie et de la science des matériaux pour résoudre les problèmes mondiaux, " a déclaré le professeur principal Alberto Salleo de Stanford.