Ces minuscules capteurs peuvent détecter le cancer à un stade précoce
Une nouvelle recherche utilise des nanocapteurs pour détecter les interactions protéine-protéine qui peuvent signaler un cancer. Les résultats peuvent s'avérer particulièrement utiles pour identifier la leucémie lymphoïde beaucoup plus tôt.
Le cancer est l'une des principales causes de décès aux États-Unis et dans le monde. Selon le National Cancer Institute, il y a eu plus de 8 millions de décès liés au cancer dans le monde en 2012, et plus de 600000 personnes aux États-Unis pourraient mourir de la maladie en 2018.
La détection précoce de cette maladie potentiellement mortelle est cruciale, et les scientifiques médicaux travaillent d'arrache-pied pour trouver des moyens plus récents et plus efficaces de diagnostiquer le cancer le plus rapidement possible.
Désormais, de nouvelles recherches utilisent de minuscules capteurs pour détecter de minuscules changements moléculaires pouvant indiquer un cancer.
Liviu Movileanu, professeur de physique au College of Arts and Sciences de l'Université de Syracuse à New York, avec Avinash Kumar Thakur, doctorant en physique à Syracuse, détaillent le rôle de ces nanocapteurs dans un article paru dans la revue Biotechnologie de la nature.
Comme l'explique le professeur Movileanu, les nanocapteurs peuvent être particulièrement utiles pour détecter la leucémie lymphoïde, une forme de cancer qui prend naissance dans la moelle osseuse et se propage dans le sang.
Aux États-Unis, près de 21000 nouveaux cas de leucémie lymphoïde sont susceptibles de survenir en 2018, et plus de 4500 personnes pourraient en mourir.
Comment fonctionnent les nanocapteurs
Les nanocapteurs issus du laboratoire du professeur Movileanu peuvent détecter les interactions dites protéine-protéine (IPP), c'est-à-dire des processus essentiels au développement des cellules.
Le soi-disant interactome fait référence à la «carte complète des interactions protéiques qui peuvent se produire dans un organisme vivant». L'interactomique - ou cartographie de l'interactome, à l'aide de techniques technologiques et informatiques de pointe - est un sous-domaine florissant de la biophysique qui étudie les conséquences de ces interactions.
Les IPP dépendent de divers facteurs, tels que le type de cellule, son stade de développement et les conditions environnementales. Certains IPP sont stables, mais d'autres sont transitoires.
Par exemple, les interactions nécessaires pour activer l'expression génique ou celles qui affectent la signalisation cellulaire et le développement des cellules cancéreuses sont transitoires, ce qui signifie qu'elles ne durent qu'environ une milliseconde.
La nature éphémère de ces IPP les rend difficiles à détecter avec les méthodes actuellement disponibles.
Cependant, les nanocapteurs provenant du laboratoire du professeur Movileanu contournent cet obstacle en créant une petite ouverture dans la membrane cellulaire à travers laquelle passe le courant électrique.
Lorsque les protéines traversent ces petites ouvertures ou nanopores, elles modifient l'intensité du courant électrique. Ces changements révèlent l'identité et les propriétés de chaque protéine.
«Les données glanées à partir d'un seul échantillon de protéines sont immenses», déclare le professeur Movileanu, qui a obtenu son doctorat. en physique expérimentale de l'Université de Bucarest en Roumanie et est actuellement membre du groupe de recherche en biophysique et biomatériaux du département de physique de Syracuse.
«Nos nanostructures nous permettent d'observer les événements biochimiques de manière sensible, spécifique et quantitative», poursuit le chercheur. «Ensuite, nous pouvons faire une évaluation solide sur un seul échantillon de protéines.»
«La connaissance détaillée du génome humain a ouvert une nouvelle frontière pour l'identification de nombreuses protéines fonctionnelles impliquées dans de brèves associations physiques avec d'autres protéines», poursuit le chercheur.
«Des perturbations majeures de la force de ces IPP conduisent à des maladies. En raison de la nature transitoire de ces interactions, de nouvelles méthodes sont nécessaires pour les évaluer. »
Le physicien explique également comment les mécanismes de détection finement réglés de ses nanocapteurs peuvent aider à lutter contre le cancer.
«Si nous savons comment les différentes parties d'une cellule fonctionnent, nous pouvons comprendre pourquoi une cellule s'écarte de la fonctionnalité normale vers un état semblable à une tumeur […] Nos petits capteurs peuvent faire de grandes choses pour le criblage de biomarqueurs, le profilage des protéines et le grand - étude à l'échelle des protéines [connue sous le nom de protéomique]. »
Professeur Liviu Movileanu
Le professeur Movileanu espère que ses nanocapteurs seront particulièrement utiles pour détecter la leucémie lymphocytaire, une condition où les cellules sanguines ne mûrissent pas et ne meurent pas normalement, mais «s'accumulent dans la moelle osseuse et évincent les cellules normales et saines».
