Depuis près de 40 ans, les fabricants de médicaments utilisent des cellules génétiquement modifiées comme de minuscules usines de médicaments. De telles cellules peuvent être programmées pour sécréter des composés qui produisent des médicaments utilisés pour traiter le cancer et des maladies auto-immunes telles que l'arthrite.

Les efforts visant à développer et à fabriquer de nouveaux traitements biologiques pourraient bénéficier d'une nouvelle technologie permettant de trier rapidement des cellules vivantes uniques dans une configuration de laboratoire standard. Avec des conteneurs d'hydrogel microscopiques en forme de bol appelés "nanoviaux", une équipe de recherche dirigée par l'UCLA a récemment démontré la capacité de sélectionner des cellules en fonction de leur type et des composés - et de la quantité de ces composés - qu'elles sécrètent. L'étude a été publiée dans la revue ACS Nano .

La technologie pourrait également faire progresser la recherche biologique fondamentale.

"Grâce à cette technologie, la communauté scientifique peut découvrir de nouvelles informations sur les processus biologiques clés qui représentent une énorme fraction de nos gènes codant pour les protéines", a déclaré Dino Di Carlo, auteur correspondant de l'étude et professeur Armond et Elena Hairapetian d'ingénierie et de médecine à l'école d'ingénierie UCLA Samueli. "Je considère la cellule unique comme la limite quantique de la biologie. La nanofiole est l'évolution de la boîte de Pétri vers cette limite fondamentale d'une cellule."

Di Carlo, qui est également membre du California NanoSystems Institute de l'UCLA et du UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center, a déclaré que l'utilisation de nanotubes aide les scientifiques à surmonter les limites des autres instruments de mesure des sécrétions cellulaires.

La technique la plus courante utilise une grille de minuscules récipients en plastique appelés plaque à micropuits, mais cette approche n'a pas la capacité du nanotube à trier des cellules individuelles, et la technologie actuelle nécessite généralement des semaines pour que suffisamment de cellules se développent pour que les sécrétions puissent être détectées. L'autre alternative est un instrument de plusieurs millions de dollars, trouvé dans seulement quelques dizaines de laboratoires dans le monde, qui mesure les sécrétions d'environ 10 000 cellules par expérience et peut trier les cellules vivantes.

Par rapport à cet instrument, les nanotubes peuvent être utilisés pour effectuer des dépistages beaucoup plus importants - dans les millions de cellules - à une petite fraction du coût relatif - moins d'un cent par cellule, contre 1 $ ou plus par cellule en utilisant la norme actuelle.

Les nanotubes sont si petits qu'il en faudrait 20 millions pour remplir une cuillère à café. Ils sont personnalisés pour capturer des types spécifiques de cellules et peuvent être complétés par des molécules qui se fixent aux sécrétions d'une cellule et brillent sous une lumière colorée. Étant donné que les nanotubes sont fabriqués à partir d'un hydrogel, un polymère qui contient près de 20 fois sa masse en eau, ils fournissent un environnement humide relativement similaire aux habitations naturelles des cellules.

Dans l'étude, les chercheurs ont examiné des cellules qui avaient été conçues pour sécréter un anticorps particulier. À l'aide de nanotubes et d'un dispositif analytique commun appelé cytomètre en flux, ils ont sélectionné les cellules qui sécrétaient le plus de cet anticorps, puis ont fait croître ces cellules en colonies qui ont produit plus de 25 % de médicament en plus que les colonies qui n'avaient pas été spécialement sélectionnées.

La capacité de produire des anticorps avec cette efficacité accrue pourrait réduire le coût de production de médicaments d'un pourcentage similaire, a déclaré Di Carlo.

Les scientifiques ont également montré qu'ils pouvaient sélectionner des cellules rares sécrétant des anticorps qui se lient spécifiquement à une molécule cible et pouvaient identifier les informations sur la séquence d'ADN de l'anticorps sécrété. Cette expérience, un élément clé de la découverte de nouveaux anticorps, a duré une journée ; les méthodes traditionnelles prendraient des semaines.

Les chercheurs utilisent actuellement des nanotubes pour étudier les cellules immunitaires appelées lymphocytes T, qui sont utilisées dans les thérapies cellulaires, ainsi que pour explorer des phénomènes biologiques peu connus. La technologie Nanovial est également à la base d'une start-up, Partillion Bioscience, basée sur le campus de l'UCLA à l'incubateur Magnify du CNSI.

"Nous sommes ravis de voir l'impact que les nanotubes auront sur la recherche biologique maintenant qu'ils sont disponibles pour tout le monde", a déclaré Joseph de Rutte, co-premier auteur de l'article, qui a obtenu un doctorat de l'UCLA en 2020 et est co- fondateur et président de Parmillion.

Robert Dimatteo, qui a obtenu un doctorat de l'UCLA en 2021, est l'autre co-premier auteur de l'article. Les autres co-auteurs de l'UCLA sont Maani Archang, Sohyung Lee et Kyung Ha, qui ont récemment obtenu un doctorat; les doctorants actuels Mark van Zee, Doyeon Koo, Michael Mellody et Shreya Udani; la scientifique adjointe du projet Allison Sharrow ; James Eichenbaum, qui a récemment obtenu un baccalauréat; et les professeurs Andrea Bertozzi et Robert Damoiseaux. D'autres auteurs sont de l'Université Johns Hopkins et de l'Université de Houston. + Explorer plus loin

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