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Une nano-aiguille pour percer les secrets des cellules

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Un groupe de chercheurs de l'université de l'Illinois vient de réaliser une nano-aiguille utilisable à l'échelle d'une seule cellule. Elle permet d'y injecter un petit nombre de molécules, mais aussi de sonder le cytoplasme et le noyau.

Schéma illustrant la livraison de biosondes dans la cellule. On voit la nano-aiguille (nanoneedle) injecter des boîtes quantiques (Q-Dots) fluorescentes (en rouge). On peut en suivre les trajectoires au microscope comme le montrent ces images. Crédit : Université de l'Illinois, Urbana-Champaign

L'un des rêves de la nanotechnologie, celui qui génère le plus d'espoir chez les disciples d'un Eric Drexler, comme par exemple chez les extropiens, est de pouvoir agir directement au niveau des cellules individuelles d'un corps humain, en particulier ses neurones, à l'aide de nanorobots.

Les affirmations sur ce thème sont très souvent fortement exagérées et le prix Nobel Richard Smalley, le découvreur des fullerènes et l'un des spécialistes les plus réputés des nanotubes de carbone, a critiqué fermement certaines des affirmations de Drexler et de ses disciples au début des années 2000. On peut trouver un bon exemple du débat entre les deux parties lors d'un échange de lettres entre Smalley et Drexler publié en 2003 dans le magazine Chemical & Engineering News.

Dans les limites de ce qui est physiquement possible, un groupe de chercheurs, parmi lesquels se trouve Min-Feng Yu, Ning Wang et Yang Xiang, viennent de réussir à créer une nano-aiguille en nitrure de bore de 50 nanomètres de diamètre pouvant servir, entre autres, à manipuler certaines réactions chimiques directement à l'intérieur d'une cellule.

De gauche à droite, Yang Xiang, professeur de physiologie moléculaire et intégrative, Min-Feng Yu et Ning Wang, tous deux professeurs en ingéniérie mécanique. Crédit : University of Illinois, Urbana-Champaign

Une porte d'entrée dans la cellule

Recouverte d'une fine couche d'or et attachée à une pipette en verre, cette nano-aiguille pénètre facilement la membrane d'une cellule et permet d'y déposer de une à quelques molécules seulement. Ces dernières, qui sont fixées à la surface de l'or, se libèrent facilement dans le cytoplasme une fois l'extrémité de l'aiguille à l'intérieur de la cellule.

On peut aussi injecter directement des nanoparticules magnétiques ou des boîtes quantiques, ce que les chercheurs ont fait comme ils l'expliquent dans une publication de Nano Letters. Yu et ses collègues ont ainsi suivi en détails le chemin individuel des boîtes quantiques fluorescentes qu'ils ont introduites de cette manière, et ce, jusque dans le noyau des cellules. Ces boîtes peuvent servir à étudier la dynamique moléculaire et physique se produisant dans les cellules.

Avec cette nano-aiguille, les chercheurs ne peuvent pas seulement contrôler, surveiller et enregistrer comme jamais auparavant le processus de livraison de molécules actives à l'intérieur d'une cellule, ils peuvent utiliser cette aiguille comme sonde électrochimique et biocapteur optique. On devrait pouvoir suivre de façon plus fine les interactions entre protéines et molécules d'ADN et d'ARN à l'intérieur même de la cellule.

Qui peut deviner les nouveaux aperçus sur le fonctionnement cellulaire et les nouveaux traitements contre le cancer que cet outil pourrait générer dans un avenir proche ?

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