Fig.１ Illustration schématique de la détection de médicaments à petites molécules marquées à l'alcyne dans des cellules vivantes à l'aide de la diffusion Raman améliorée en surface de nanoparticules d'or. Crédit :Université d'Osaka
Le développement réussi de médicaments a un impact significatif sur la qualité de vie des gens dans le monde entier. Être capable de suivre comment les molécules pénètrent dans les cellules cibles, et observant ce qu'ils font quand ils sont à l'intérieur, est la clé pour identifier les meilleurs candidats. Les techniques d'analyse constituent donc une partie importante du processus de découverte de médicaments. Des chercheurs de l'Université d'Osaka, en collaboration avec RIKEN, ont rapporté une approche basée sur la microscopie Raman pour visualiser des médicaments à petites molécules utilisant des nanoparticules d'or. Les conclusions de l'équipe sont publiées dans ACS Nano .
Les petites molécules médicamenteuses sont souvent tracées en les attachant à des sondes fluorescentes qui sont visibles lorsqu'elles sont irradiées avec de la lumière. La microscopie peut ensuite être utilisée pour voir ces molécules à l'intérieur des cellules en temps réel. Cependant, les molécules fluorescentes peuvent être volumineuses, ce qui peut affecter le comportement des petites molécules. En outre, certaines molécules fluorescentes perdent leur fluorescence si elles sont exposées à trop de lumière, rendant difficile de les voir au cours de longues études.
Une alternative aux étiquettes fluorescentes est une étiquette beaucoup plus petite connue sous le nom d'alcyne, qui est composé de triples liaisons carbone-carbone. L'arrangement particulier des atomes dans les alcynes ne se trouve pas naturellement dans les cellules; donc, ils fournissent un marqueur très spécifique. Par ailleurs, leur petite taille signifie que les alcynes ont un effet minimal sur le comportement des petites molécules. Au lieu d'émettre de la fluorescence sous lumière laser, les alcynes produisent ce qu'on appelle un signal Raman, qui peuvent être clairement identifiés parmi les signaux de matériel cellulaire.
Cependant, la recherche du signal Raman des groupes alcynes est délicate quand il n'y en a pas beaucoup à cause de la faible efficacité de la diffusion Raman. Les chercheurs ont donc combiné le marquage alcyne avec l'utilisation de nanoparticules d'or. La microscopie à diffusion Raman améliorée en surface (SERS) peut stimuler les nanoparticules d'or pour produire des champs électriques améliorés qui amplifient le signal Raman des groupes alcynes, les rendant plus faciles à détecter.
Fig. 2 Imagerie SERS 3D time-lapse de l'absorption de petites molécules par des cellules vivantes. Nous avons observé avec succès que les signaux SERS des alcynes étaient initialement détectés environ 10 à 15 min après l'administration du médicament, et le nombre de signaux a progressivement augmenté avec le temps. La concentration d'administration du médicament était de 20 uM. Crédit :Université d'Osaka
"Notre approche est une combinaison de techniques qui ont été utilisées pour le suivi de petites molécules dans des cellules vivantes, ", explique l'auteur principal de l'étude, Kota Koike. "Les nanoparticules d'or sont des messagers particulièrement utiles pour signaler la présence de groupes alcyne, car elles améliorent le signal alcyne, en plus de fournir une surface avec laquelle les alcynes aiment interagir. Les deux composants se rejoignent donc naturellement pour générer le signal amélioré."
Les nanoparticules d'or sont facilement absorbées par de nombreux types de cellules différents, rendre la technique largement applicable. Les nanoparticules pénètrent dans les compartiments des lysosomes à l'intérieur de la cellule, puis améliorent le signal des molécules marquées à l'alcyne qui arrivent ensuite dans les lysosomes et interagissent avec eux.
Fig. 3 Détection quantitative du nombre de signaux SERS d'alcynes au niveau unicellulaire (figure de gauche). Le nombre de signaux SERS détectés par cellule à chaque concentration d'administration au fil du temps (à droite). En utilisant la méthode de détection quantitative SERS, nous avons observé avec succès que la vitesse d'absorption dépendait grandement de la concentration du médicament. Crédit :Université d'Osaka
"Notre technique SERS a le potentiel d'être utilisée avec une variété de types cellulaires différents ainsi qu'un nombre pratiquement illimité de candidats médicaments, ", explique l'auteur correspondant de l'étude, Katsumasa Fujita. "C'est particulièrement intéressant pour la découverte de médicaments, où tout moyen de mieux comprendre la dynamique des médicaments en temps réel est extrêmement précieux pour le développement."
