De nouvelles sondes luminescentes pour faire briller les cellules

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Israël | Biologie : médecine, santé, pharmacie, biotechnologie
8 juin 2017

Une équipe de chercheurs de l’Université de Tel Aviv, en collaboration avec un chercheur de l’Université de Genève, vient de mettre au point une nouvelle gamme de sondes luminescentes. Ces lucioles moléculaires pourraient révolutionner de nombreuses méthodes de détection et présentent déjà un atout majeur : elles sont biocompatibles.

« Faut que ça brille », c’est une façon simple mais efficace de résumer ce qui a motivé le Dr Doron Shabat et son équipe de l’école de chimie de l’Université de Tel Aviv à travailler sur les sondes à chimiluminescences. Ces sondes, déjà largement utilisées dans diverses méthodes de détection, pour le sang ou les explosifs par exemple, ont pourtant une limite : la plupart sont certes fluorescentes mais si leur fluorescence est très forte dans certains solvants organiques (tels que le Diméthylsulfoxide ou DMSO), elle est souvent très faible dans l’eau, ce qui limite leur usage en milieu aqueux comme dans les cellules vivantes par exemple.

L’équipe du Dr Shabat, alliée au Dr Bauer de l’Université de Genève, a donc cherché à améliorer ces sondes en transformant leur composition et, par la même occasion, leur fonctionnement.

Tout d’abord, étudions ce à quoi ressemblent ces sondes et comment celles-ci fonctionnent. Les sondes luminescentes de type Schaap’s adamantylidene–dioxetane sont les seules sondes stables pouvant être utilisées dans la détection de nombreuses réactions chimiques ou biologiques. Le groupe protecteur (PG ou « Protective Group », Figure 1A) est paramétrable et il est à l’origine de la spécificité de la sonde envers une certaine molécule (sang, explosif, etc.). En présence de la molécule ciblée, le PG se sépare de la sonde, tout comme le complexe adamantylidene-dioxetane (situé à droite en haut de la sonde, Figure 1A), qui en partant, laisse le corps de la sonde (benzoate de méthyl) à l’état excité (seconde étape, Figure 1A). Cette excitation se transmet alors à un fluorophore dont l’émission fluorescente est bien supérieure à celle du corps de la sonde. Le signal ainsi amplifié peut alors être détecté.

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Le pari des chercheurs a été de simplifier la composition de la sonde en se passant du fluorophore. Pour remplacer cette perte, ceux-ci ont trouvé le moyen d’amplifier l’émission de lumière issue du « corps de la sonde » lorsque celui-ci est excité après le départ du groupe protecteur et du complexe adamantylidene-dioxetane, en y ajoutant un groupe électro-attractif (« Electron Withdrawing Group », EWG, Figure 1B). En examinant divers candidats de remplacement, les chercheurs israéliens ont découvert que non-seulement la lumière émise était plus forte qu’avec le fluorophore (rendant la sonde plus sensitive à des traces infimes de molécule-cible), mais que la plupart des sondes obtenues étaient solubles dans l’eau et fluoresçaient en milieu aqueux. Plusieurs sondes répondant à diverses réactions ont ainsi été conçues et l’utilisation de l’une d’entre elle a permis la visualisation de l’activité d’un enzyme, la ß-glucosidase, dans une cellule in-vivo. A noter que l’intensité lumineuse générée est de l’ordre de trois degrés de magnitude supérieurs aux sondes classiques équipées de fluorophores, permettant une sensitivité inégalée.

Les applications possibles sont nombreuses mais c’est surtout dans le domaine de la médecine que le Dr Shabat voit le futur de ces sondes. En effet, l’utilisation d’un PG répondant à un stimulus généré par une cellule cancéreuse permettrait alors de cibler celles-ci et d’utiliser les sondes comme outils de diagnostic ou comme « guidage » au traitement.

Source : Site de l’Université de Tel Aviv : https://english.tau.ac.il/news/glow_stick_detects_cancer

Pour en savoir plus :

Rédacteur : Arthur Robin, doctorant à l’Université de Tel Aviv

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