L'un des défis de longue date de la biologie chimique a été de trouver des moyens d'observer directement les processus biologiques au travail à l'intérieur des cellules vivantes sans perturber l'action. Afin de débloquer de nouvelles thérapies et de mieux comprendre les processus pathologiques et autres phénomènes biologiques, les scientifiques ont utilisé différentes méthodes de suivi des interactions moléculaires à l'intérieur des cellules en temps réel, une pratique connue sous le nom de marquage biomoléculaire.
Mais les méthodes actuelles ont des limites, créant des réactions chimiques indésirables ou des cellules nuisibles dans le processus. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université du Nord-Est pense qu'ils ont trouvé un moyen de rendre l'étiquetage biomoléculaire sans danger pour les cellules vivantes en exploitant la puissance de « Cliquez sur la chimie, » Un processus par lequel les scientifiques génèrent des réactions chimiques pour créer de nouvelles formules chimiques.
Sara Rouhanifard, une professeure adjointe du nord-est spécialisée dans la chimie des clics et l'imagerie d'ARN, dit qu'elle et une équipe de chercheurs ont créé un réactif révolutionnaire qu'ils appellent « Inccu-clic, » Un nouvel outil qui, selon eux, aidera à la découverte de médicaments, à des diagnostics et à la recherche biologique.
Cet outil est ce qu'on appelle un ligand chélant en cuivre, un agent chimique qui se lie au cuivre, atténuant ainsi ses effets toxiques sur les cellules humaines. Rouhanifard dit que le réactif, qui, selon elle, permettra mieux l'étiquetage biomoléculaire, est le résultat de « Une constatation accidentelle basée sur une expérience ratée. »
« C'était une sorte d'accident, » dit-elle.
Rouhanifard et ses collègues ont publié les conclusions en Communications de la nature.
Les chercheurs du laboratoire de Rouhanifard se sont concentrés sur une réaction chimique particulière appelée cycloaddition azide-alkyne catalysée par cuivre (CUAAC), un exemple précoce de la chimie des clics qui est venue à une application généralisée comme moyen de créer de nouvelles molécules complexes à partir de blocs de construction chimiques, tels que des protéines, des acides aminés et des peptides.
Cette jonction de type LEGO des molécules, appelée conjugaison covalente, a des applications dans une grande variété de domaines, de la recherche biomédicale à la nanotechnologie.
Mais la réaction CUAAC, considérée comme le fondement de la chimie des clics, n'a jamais été viable pour la recherche sur les cellules vivantes, un marché prometteur prévu dépasser 15 milliards de dollars d'ici 2027 dans le monde.
« Personne n'a jamais été en mesure de suivre les biomolécules en utilisant la réaction CUAAC à l'intérieur des cellules vivantes, et la raison en est que le cuivre est toxique pour les cellules, » Dit Rouhanifard. « Vous ne pouvez pas simplement mettre du cuivre dans les cellules car cela les tuera. »
C'est là que le ligand chélant du cuivre entre en jeu. Le réactif neutralise le cuivre à un degré de prouver la sécurité dans les cellules vivantes, tout en permettant à la réaction de se produire efficacement.
L'outil apporte également la précision nécessaire à la tâche: elle est très sélective, ce qui signifie que les scientifiques peuvent mieux isoler et étudier différents groupes fonctionnels – des classes de molécules à l'intérieur des cellules qui servent un objectif commun – sans compromettre ou nuire à d'autres.
« Toutes ces choses sont importantes, » Dit Rouhanifard. « L'étiquetage des cellules en direct consiste à protéger la cellule et à faire les choses rapidement. »
Les techniques d'imagerie développées au cours du siècle dernier, telles que la fluorescence à large champ, ont permis aux scientifiques d'identifier et de différencier les structures moléculaires des cellules en microscopie.
« Habituellement, nous regardons les cellules dans un instantané, » Dit Rouhanifard. « Nous regardons quelque chose qui est fixé. Mais les molécules sont dynamiques. Ils se déplacent en réponse aux choses qui se passent dans leur environnement, et nous avons essayé de trouver des moyens de visualiser cet environnement plus facilement. »
Rouhanifard et son équipe espèrent mettre à la disposition des clics Incu pour les chercheurs et les entreprises en biotechnologie et pharmaceutique pour une utilisation généralisée. Ils se concentrent désormais sur le réglage fin du ligand chélant en cuivre pour le préparer pour la commercialisation.
Rouhanifard dit qu'elle espère que l'avancement peut se traduire par ses recherches en cours sur l'expression des gènes et le développement des maladies.
« Ce que nous aimerions vraiment réaliser avec cette nouvelle réaction, c'est pouvoir suivre des molécules uniques d'ARN à l'intérieur des cellules vivantes sans avoir à les ingérer génétiquement, » Dit Rouhanifard.
« Je veux pouvoir obtenir un échantillon de patient, par exemple, et pouvoir voir comment l'ARN se déplace dans cette cellule, et comment puis-je le contrôler afin qu'il ne le fasse pas dans la maladie. L'objectif, essentiellement, est de guérir les maladies humaines. »
