Les anticorps sont parmi les outils les plus précieux de la médecine. Ils neutralisent les virus, ciblent les cellules cancéreuses et détectent les maladies. Mais ils présentent un inconvénient majeur : ils agissent généralement à l’extérieur des cellules. À l’intérieur des cellules, où de nombreuses maladies prennent naissance, les anticorps classiques sont souvent trop volumineux et instables pour remplir leur fonction.
Une nouvelle étude propose une solution à ce problème. Des versions miniaturisées d'anticorps, spécialement conçues et appelées nanoanticorps, peuvent pénétrer et survivre à l'intérieur des cellules vivantes. Grâce à un marqueur fluorescent, ils peuvent se lier à des protéines spécifiques et à d'autres molécules complexes intracellulaires et émettre une fluorescence.
Cette avancée rapproche les anticorps intracellulaires, c'est-à-dire les anticorps qui agissent à l'intérieur des cellules, de leur utilisation pratique en recherche. Au lieu de détruire les cellules pour observer les processus cellulaires, les scientifiques peuvent désormais observer en temps réel de nombreux processus se déroulant dans les cellules, les tissus, voire des organismes entiers.
Pourquoi est-il difficile pour les anticorps de pénétrer dans les cellules ?
Dans des conditions normales, les anticorps ne peuvent pas pénétrer les membranes cellulaires. Jusqu'à récemment, leur fonction principale était l'interaction avec le milieu extérieur. Les anticorps classiques ont évolué pour fonctionner dans le sang et d'autres fluides. À l'intérieur des cellules, les anticorps perdent souvent leur structure, s'agglutinent ou deviennent totalement inactifs. Même les versions génétiquement modifiées peuvent devenir instables après avoir été marquées par des fluorophores.
Cela pose problème car nombre des événements les plus importants liés aux maladies se produisent à l'intérieur des cellules. Les virus détournent les mécanismes cellulaires, les protéines se replient mal et les cellules cancéreuses modifient leurs voies de croissance. Les scientifiques ont longtemps manqué d'outils fiables pour suivre ces processus en temps réel.
Une nouvelle approche utilisant des versions plus petites d'anticorps, appelées nanoanticorps, est plus facile à adapter pour une utilisation à l'intérieur des cellules.
Transformer les anticorps en balises cellulaires
Au lieu de fixer des protéines fluorescentes aux extrémités du nanoanticorps, cette nouvelle approche les intègre dans les parties flexibles de la structure. Ceci permet aux deux composants de fonctionner ensemble sans perturber leurs interactions. Il en résulte une famille de sondes aux couleurs vives qui restent stables à l'intérieur des cellules vivantes. L'équipe a créé des versions qui brillent en bleu, vert, orange, rouge et même dans le proche infrarouge.
Chaque nanoanticorps luminescent est conçu pour reconnaître une cible spécifique au sein d'une cellule. Certains se lient à des protéines marqueurs couramment utilisées. D'autres reconnaissent des protéines virales ou des protéines impliquées dans la structure et la communication cellulaires. Les sondes émettent de la lumière uniquement lorsqu'elles sont fixées à la cible, réduisant ainsi considérablement le bruit de fond.
Observer des cellules vivantes en temps réel.
Le système fonctionne dans un large éventail de conditions. Des cellules humaines cultivées en laboratoire ont démontré un marquage clair des structures au sein du noyau, de la membrane cellulaire et des compartiments énergétiques.
Les sondes ont également permis de surveiller l'activité des neurones, ces cellules qui transmettent les signaux à travers le cerveau et le système nerveux. Une expérience a suivi les variations des niveaux de calcium, un élément clé de la communication cellulaire.
Cette technologie a également fonctionné chez les animaux vivants. Chez les souris, les sondes ont marqué des groupes spécifiques de cellules cérébrales et sont restées suffisamment lumineuses pour permettre l'imagerie cérébrale profonde.
Chez les embryons de poisson-zèbre, les sondes ont permis de suivre un important système de communication impliqué dans le développement précoce.
Pourquoi la visualisation multicolore est-elle importante ?
La plupart des systèmes d'imagerie intracellulaire actuels présentent une gamme de couleurs limitée, ne permettant de suivre qu'un ou deux événements moléculaires. La nouvelle plateforme étend considérablement ces capacités. Lors d'une démonstration, plusieurs structures et une protéine cible au sein d'une même cellule ont été marquées avec différentes couleurs et suivies simultanément, créant ainsi une carte détaillée. Les maladies affectent rarement un seul processus. Le cancer, les infections et les troubles neurologiques affectent plusieurs systèmes simultanément. Le suivi simultané de ces processus offre une vision plus complète de la progression de la maladie.
Nouveaux horizons pour les anticorps intracellulaires
L'un des principaux défis qui subsistent est l'administration de ces anticorps fluorescents. in vivo . Pour les biologistes, il s'agit toutefois d'un changement majeur. Il ne sera plus nécessaire de détruire les cellules pour étudier leurs structures intracellulaires. Les anticorps fluorescents serviront désormais de guides pour explorer le monde caché à l'intérieur des cellules.
Il s'agit du troisième article d'une série consacrée aux nanoanticorps à usage médical.
Cet article a été initialement publié sur Forbes.com.