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Un pas de plus dans la nanoscopie

Céline Giustranti
24/08/2016
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Tout biologiste rêve de plonger au cœur des cellules pour observer en détail les mécanismes, qui s’y déroulent, et ce en les perturbant le moins possible. En unissant leurs compétences, 3 groupes de chercheurs dont un de l’Institut Curie, viennent de créer une sorte de nanocage pour éclairer le monde de l’infiniment petit.
Dynamique et mécanique membranaires de la signalisation intracellulaire

Equipe Dynamique et mécanique membranaires de la signalisation intracellulaire dirigée par Christophe Lamaze, unité de recherche Chimie Biologique des Membranes et Ciblage Thérapeutique. (CNRS/Inserm…

Les spécialistes les appellent QD. Il s’agit des quantum dots, des nanostructures qui en raison même de leur taille de quelques nanomètres - quelques milliardièmes de mètre – possèdent des propriétés spécifiques. L’une d’entre elles est la fluorescence(1). « Mais jusqu’à présent le marquage des QD limitait leur utilisation. L’ajout de plusieurs ligands par QD dans le but de leur permettre de se fixer à l’endroit voulu entraînait des modifications des propriétés de ces ligands et donc des biais », note Ludger Johannes, chef de l’équipe Trafic endocytique et ciblage intracellulaire (CNRS/Inserm/Institut Curie). Une restriction majeure et difficile à surmonter puisqu’il a fallu les compétences de 2 autres équipes de recherche – l’équipe de Yamuna Krishnan (anciennement au National Centre for Biological Sciences (NCBS) à Bangalore en Inde, maintenant à l’Université de Chicago aux Etats-Unis) et de Benoît Dubertret (ESPCI, Paris), en plus de celle de l’Institut Curie, pour échafauder une nouvelle classe d’agents d’imagerie cellulaire qui se compose :

  • d’une étiquette biomoléculaire ou ligand, dont on veut étudier les propriétés intracellulaires;
  • d’un polyèdre d’ADN, une structure en 3D qui encapsule les QD, et sur laquelle on greffe par design nanométrique une seule copie du ligand mentionné ci-dessus;
  • d’un QD chargé d’émettre de la lumière et donc de localiser l’ensemble.

En réalité, l’élément moteurs à la mise au point de ces composés est le post-doctorant Dhiraj Bhatia. Il a débuté ce travail lors de sa thèse dans l’équipe de Yamuna Krishnan au National Centre for Biological Sciences et l’a poursuivi ensuite dans l’équipe de Ludger Johannes, directeur de recherche Inserm à l’Institut Curie. « L’avancée majeure de ces nouvelles nano structures réside dans la fixation d’un seul ligand sur la coque d’ADN, ce qui permet de contourner les limites observées avec les précédents systèmes » explique le jeune chercheur.

Aujourd’hui les chercheurs envisagent d’utiliser ces nanostructures pour purifier des molécules au sein des cellules, simplement en remplaçant le QD par un élément ferromagnétique. « On espère ainsi entrer dans l’ère de la nanobiochimie et accéder à des quantités infimes de produit, explique Ludger Johannes qui développe ce projet en autres avec le Pr Satyajit Mayor du NCBS à Bangalore.

lattice light sheet

Le « lattice light sheet » permet en effet d’illuminer des couches extrêmement fines de la cellule

L’Institut Curie, toujours à la pointe de l’imagerie cellulaire

L’autre débouché de ces nanostructures concerne bien évidemment l’imagerie. En fixant ces agents à des composants cellulaires, il est alors possible de suivre leur dynamique sur de longue période. « Mais la phototoxicité des microscopes actuelles entraîne une destruction assez rapide des cellules observées, enchaîne le chercheur. Une limite que le tout nouveau microscope, unique en Europe, installé début septembre à l’institut, va reléguer au rang de l’histoire ancienne. Le « lattice light sheet », puisque tel est son nom, permet en effet d’illuminer des couches extrêmement fines de la cellule.

« Grâce à cette association, uniques au monde à ce jour, du light sheet et de nos nanostrcutures, nous allons nous attaquer à de nouveaux challenges fondamentaux en biologie cellulaire ainsi qu’en recherche biomédicale sur le cancer » conclut Ludger Johannes.

 

(1)Comme d’autres molécules, les QD émettent une lumière de longueur d’onde précise en réponse à une excitation par une autre longueur d’onde, mais la lumière qu’ils émettent dépend de leur taille. Les biologistes utilisent donc depuis quelques années cette spécificité pour observer les cellules.

Quantum dot-loaded monofunctionalized DNA Icosahedra for single particle tracking of endocytic pathways
Dhiraj Bhatia, Senthil Arumugam , Michel Nasilowski, Himanshu Joshi, Christian Wunder, Valerie Chambon, Ved Prakash, Chloé Grazon, Brice Nadal, Prabal K. Maiti, Ludger Johannes, Benoit Dubertret, Yamuna Krishnan Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/NNANO.2016.150

 

Copyright : Benoît Rajau / Institut Curie