Nouvelles

Jul 23, 2023

Un nouveau capteur imite les fonctions de la membrane cellulaire

Les images à télécharger sur le site Web du bureau MIT News sont mises à la disposition des entités non commerciales, de la presse et du grand public sous Creative Commons Attribution Non Commercial No Derivatives.

Les images à télécharger sur le site Web du bureau MIT News sont mises à la disposition des entités non commerciales, de la presse et du grand public sous une licence Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Vous ne pouvez pas modifier les images fournies, sauf pour les recadrer à leur taille. Une ligne de crédit doit être utilisée lors de la reproduction d'images ; si aucune n'est fournie ci-dessous, créditez les images à « MIT ».

Image précédente Image suivante

S'inspirant des systèmes sensoriels naturels, une équipe dirigée par le MIT a conçu un nouveau capteur capable de détecter les mêmes molécules que celles que les récepteurs cellulaires naturels peuvent identifier.

Dans le cadre de travaux combinant plusieurs nouvelles technologies, les chercheurs ont créé un prototype de capteur capable de détecter une molécule immunitaire appelée CXCL12, jusqu'à des dizaines ou des centaines de parties par milliard. Il s’agit d’une première étape importante dans le développement d’un système qui pourrait être utilisé pour effectuer des dépistages de routine de cancers difficiles à diagnostiquer ou de tumeurs métastatiques, ou comme « nez » électronique hautement biomimétique, affirment les chercheurs.

« Notre espoir est de développer un appareil simple qui vous permette d’effectuer des tests à domicile, avec une spécificité et une sensibilité élevées. Plus tôt vous détectez le cancer, meilleur est le traitement. Le diagnostic précoce du cancer est donc un domaine important dans lequel nous souhaitons nous attaquer », déclare Shuguang Zhang, chercheur principal au Media Lab du MIT.

L'appareil s'inspire de la membrane qui entoure toutes les cellules. À l’intérieur de ces membranes se trouvent des milliers de protéines réceptrices qui détectent les molécules présentes dans l’environnement. L'équipe du MIT a modifié certaines de ces protéines afin qu'elles puissent survivre à l'extérieur de la membrane et les a ancrées dans une couche de protéines cristallisées au sommet d'un réseau de transistors en graphène. Lorsque la molécule cible est détectée dans un échantillon, ces transistors relaient l'information vers un ordinateur ou un smartphone.

Ce type de capteur pourrait potentiellement être adapté pour analyser n'importe quel fluide corporel, tel que le sang, les larmes ou la salive, affirment les chercheurs, et pourrait détecter simultanément de nombreuses cibles différentes, en fonction du type de protéines réceptrices utilisées.

"Nous identifions les récepteurs critiques des systèmes biologiques et les ancrons sur une interface bioélectronique, ce qui nous permet de récolter tous ces signaux biologiques, puis de les transduire en sorties électriques qui peuvent être analysées et interprétées par des algorithmes d'apprentissage automatique", explique Rui Qing, un ancien chercheur. Chercheur au MIT, aujourd'hui professeur associé à l'Université Jiao Tong de Shanghai.

Qing et Mantian Xue PhD '23 sont les principaux auteurs de l'étude, qui paraît aujourd'hui dans Science Advances. Aux côtés de Zhang, Tomás Palacios, directeur du laboratoire de microsystèmes du MIT et professeur de génie électrique et d'informatique, et Uwe Sleytr, professeur émérite à l'Institut des bioarchitectures synthétiques de l'Université des ressources naturelles et des sciences de la vie de Vienne, sont les auteurs principaux. du papier.

Sans membrane

La plupart des capteurs de diagnostic actuels sont basés sur des anticorps ou des aptamères (courts brins d'ADN ou d'ARN) capables de capturer une molécule cible particulière à partir d'un fluide tel que le sang. Cependant, ces deux approches ont leurs limites : les aptamères peuvent être facilement décomposés par les fluides corporels, et la fabrication d’anticorps de manière à ce que chaque lot soit identique peut s’avérer difficile.

Une approche alternative explorée par les scientifiques consiste à construire des capteurs basés sur les protéines réceptrices présentes dans les membranes cellulaires, que les cellules utilisent pour surveiller et réagir à leur environnement. Le génome humain code pour des milliers de ces récepteurs. Cependant, ces protéines réceptrices sont difficiles à travailler car une fois retirées de la membrane cellulaire, elles ne conservent leur structure que si elles sont mises en suspension dans un détergent.

En 2018, Zhang, Qing et d’autres ont signalé une nouvelle façon de transformer des protéines hydrophobes en protéines hydrosolubles, en remplaçant quelques acides aminés hydrophobes par des acides aminés hydrophiles. Cette approche est appelée code QTY, d'après les lettres représentant les trois acides aminés hydrophiles – glutamine, thréonine et tyrosine – qui remplacent les acides aminés hydrophobes leucine, isoleucine, valine et phénylalanine.