Ces assemblages de fibrilles β croisées sont également des éléments constitutifs utiles dans les biomatériaux de conception pour des applications médicales, mais leur ressemblance avec leurs cousins ​​bêta amyloïdes, dont les enchevêtrements sont un symptôme de maladie neurodégénérative, est préoccupante. Les chercheurs veulent savoir comment différentes séquences de ces peptides sont liées à leur toxicité et à leur fonction variables, tant pour les peptides naturels que pour leurs cousins ​​synthétiques.

Désormais, les scientifiques peuvent examiner de suffisamment près les assemblages de fibrilles pour constater qu’il existe des différences notables dans la façon dont les peptides synthétiques s’empilent par rapport à la bêta-amyloïde. Ces résultats découlent d'une collaboration fructueuse entre l'auteur principal Matthew Lew, professeur agrégé d'ingénierie électrique et des systèmes, et Jai Rudra, professeur agrégé d'ingénierie biomédicale, à la McKelvey School of Engineering de WashU.

"Nous concevons des microscopes pour permettre de meilleures mesures à l'échelle nanométrique afin que la science puisse avancer", a déclaré Lew.

Dans un article publié récemment dans ACS Nano , Lew et ses collègues expliquent comment ils ont utilisé la sonde chimique rouge du Nil pour éclairer les fibrilles β croisées. Leur technique, appelée microscopie d'orientation-localisation de molécule unique (SMOLM), utilise les éclairs de lumière du rouge du Nil pour visualiser les structures fibreuses formées par les peptides synthétiques et par la bêta-amyloïde.

L’essentiel :ces assemblées sont beaucoup plus compliquées et hétérogènes que prévu. C’est une bonne nouvelle, car cela signifie qu’il existe plusieurs façons d’empiler les protéines en toute sécurité. Grâce à de meilleures mesures et images des assemblages de fibrilles, les bio-ingénieurs peuvent mieux comprendre les règles qui dictent la manière dont la grammaire des protéines affecte la toxicité et la fonction biologique, conduisant ainsi à des thérapies plus efficaces et moins toxiques.

Premièrement, les scientifiques doivent voir la différence entre eux, ce qui est un défi très difficile en raison de la petite échelle de ces assemblages.

"La torsion hélicoïdale de ces fibres est impossible à discerner à l'aide d'un microscope optique, ou même de certains microscopes à super-résolution, car ces éléments sont tout simplement trop petits", a déclaré Lew.

Grâce à la technologie d'imagerie haute dimension développée dans le laboratoire de Lew au cours des deux dernières années, ils sont capables de voir les différences.

Un microscope à fluorescence typique utilise des molécules fluorescentes comme ampoules pour mettre en évidence certains aspects d'une cible biologique. Dans le cas de ce travail, ils ont utilisé l’une de ces sondes, le rouge du Nil, comme capteur de ce qui l’entourait. Alors que le rouge du Nil explore son environnement de manière aléatoire et entre en collision avec les fibrilles, il émet des éclairs de lumière qu'elles peuvent mesurer pour déterminer où se trouve la sonde fluorescente et son orientation. À partir de ces données, ils peuvent dresser un tableau complet des fibrilles artificielles qui s'empilent très différemment des fibrilles naturelles telles que la bêta-amyloïde.

Leur image de ces assemblages de fibrilles a fait la couverture de ACS Nano et a été mis en place par le premier auteur Weiyan Zhou, qui a codé l'image par couleur en fonction de l'endroit où pointaient les rouges du Nil. L'image résultante est un assemblage de peptides rouge bleuâtre qui ressemble à une vallée fluviale.

Les chercheurs prévoient de continuer à développer des techniques telles que SMOLM pour ouvrir de nouvelles voies d'étude des structures et des processus biologiques à l'échelle nanométrique.

"Nous voyons des choses que vous ne pouvez pas voir avec la technologie existante", a déclaré Lew.