Les bulles de taille nanométrique permettent aux macrophages de se démarquer des autres cellules sur l’imagerie échographique. Crédit : Jennifer M. McCann/Institut de recherche sur les matériaux/Penn State
Les scientifiques de Penn State développent une méthode innovante basée sur des bulles pour observer les cellules immunitaires en action.
Les macrophages, petites cellules essentielles du système immunitaire, sont prometteuses pour les thérapies cellulaires dans de nombreux problèmes de santé. Libérer tout le potentiel des thérapies par les macrophages dépend de notre capacité à observer leurs activités dans le corps. Aujourd’hui, des chercheurs de Penn State ont potentiellement développé une méthode pour surveiller ces cellules en action.
Détails de l’étude et importance des macrophages
Dans une étude publiée dans la revue Petit, les chercheurs de Penn State rapportent une nouvelle technique d’imagerie par ultrasons permettant d’observer en continu les macrophages dans les tissus des mammifères, avec un potentiel d’application humaine à l’avenir.
« Un macrophage est un type de cellule immunitaire qui est important dans presque toutes les fonctions du système immunitaire, de la détection et de l’élimination des agents pathogènes à la cicatrisation des plaies », a déclaré l’auteur correspondant Scott Medina, professeur agrégé de génie biomédical en début de carrière chez William et Wendy Korb. « C’est une composante du système immunitaire qui fait véritablement le pont entre les deux types d’immunité : l’immunité innée, qui réagit aux choses très rapidement mais de manière peu précise, et l’immunité adaptative, qui met beaucoup plus de temps à se mettre en place mais répond de manière manière beaucoup plus précise.
Les macrophages régulent ces deux bras de la réponse immunitaire humaine et aident notre corps dans des fonctions telles que la lutte contre les infections et la régénération des tissus. D’un autre côté, ils aident également à atténuer l’inflammation liée aux blessures et aux maladies telles que le diabète et la polyarthrite rhumatoïde. Selon Medina, ces cellules pourraient être exploitées et appliquées à des thérapies qui aideraient les patients atteints de maladies telles que le cancer, les maladies auto-immunes, les infections et les tissus endommagés. De telles thérapies impliqueraient l’isolement, la modification et/ou l’ingénierie des macrophages pour améliorer leurs propriétés permettant de combattre les maladies, de contrôler les réponses immunitaires et de favoriser la réparation des tissus.
« Si nous pouvions visualiser ce que font ces cellules dans le corps, en temps réel, nous pourrions alors en apprendre beaucoup sur la façon dont les maladies progressent et comment se produit la guérison », a déclaré Medina. « Cela nous donnerait une idée de ce que font les cellules dans le corps, car pour le moment, nous sommes vraiment limités à retirer les cellules du corps et à voir ce qu’elles font dans une boîte de Pétri, ce qui ne sera pas le cas. » même comportement que nous voyons dans le corps.
Technique d’imagerie par ultrasons
Les chercheurs se sont tournés vers l’imagerie par ultrasons, une technique courante pour visualiser les tissus internes du corps. Cependant, grâce aux ultrasons seuls, les macrophages se fondent dans les autres cellules.
« Les macrophages sont fondamentalement invisibles lors de l’imagerie échographique, car vous ne pouvez pas distinguer où se trouvent les cellules par rapport à toutes les autres cellules présentes dans nos tissus », a déclaré Medina. « Ils se comportent tous de la même manière, donc on ne peut pas vraiment voir des cellules spécifiques. Nous avons dû créer ce qu’on appelle un agent de contraste, quelque chose avec lequel nos cellules d’intérêt pourraient être étiquetées et qui fournirait alors un contraste d’image différent de celui de l’arrière-plan. Et c’est là qu’interviennent ces nanoémulsions.
De nombreux cuisiniers amateurs connaissent les émulsions comme un mélange de gouttelettes d’huile en suspension dans un liquide tel que du vinaigre ou de l’eau pour préparer une vinaigrette ; une nanoémulsion, c’est lorsque ces gouttelettes d’huile sont minuscules, de seulement quelques nanomètres de diamètre.
Les chercheurs ont utilisé des nanoémulsions pour créer des bulles plus résistantes. Les bulles de gaz reflètent très efficacement les ondes sonores des ultrasons ; cependant, si quelqu’un injecte des bulles dans le corps d’un patient, celles-ci ne fonctionnent pas très bien car elles éclatent relativement rapidement.
« Nous avions besoin d’un moyen pour que les bulles se forment lorsque nous voulons qu’elles se forment juste au moment de l’imagerie et pas avant, et aussi pour que ces bulles persistent le plus longtemps possible », a déclaré Inhye Kim, chercheur postdoctoral en sciences biomédicales. ingénierie et auteur principal de l’étude.
Les chercheurs ont introduit des gouttelettes de nanoémulsion dans les cellules, qui les ont internalisées. Sous ultrasons, les gouttelettes subissent ensuite un changement de phase, se transformant en gaz et donc en bulle. La pression des ondes ultrasonores a facilité ce changement, poussant et tirant sur la gouttelette lorsque l’onde oscille et utilise la pression pour forcer la gouttelette à bouillir, la faisant se vaporiser et se transformer en bulle de gaz.
« Cela est similaire à la façon dont l’eau bout à une température plus basse à une altitude plus élevée, par exemple dans le Colorado, car il y a moins de pression qui l’empêche de bouillir », a déclaré Medina. « Nous utilisons la pression que nous appliquons sur cette gouttelette par ultrasons pour la faire bouillir efficacement lorsque nous voulons qu’elle bout, afin qu’elle se vaporise et provoque la formation de cette bulle de gaz. »
Résultats de la recherche et applications futures
Ils ont testé cette nouvelle technique sur un échantillon de tissu porcin et ont constaté que l’imagerie des macrophages fonctionnait. L’approche permet aux chercheurs de voir ce que font les cellules immunitaires dans le corps de manière continue, permettant ainsi de mieux comprendre comment le système immunitaire est régulé et quel est son rôle dans la lutte contre les maladies, a déclaré Medina. Au-delà de cela, a noté Kim, cela peut également aider à développer de meilleures thérapies cellulaires immunitaires pour les patients à l’avenir.
« Par exemple, pour un patient atteint d’une tumeur, cette recherche pourrait permettre la mise au point d’une thérapie cellulaire macrophage plus efficace et ayant moins d’effets secondaires et moins graves », a déclaré Kim.
Les prochaines étapes de la recherche comprennent l’exploration de la possibilité d’utiliser cette technique pour d’autres types de visualisation des cellules immunitaires dans le corps humain, ou pour surveiller l’accumulation de plaque dans les artères. De plus, les chercheurs recherchent des collaborateurs pour faire progresser la technique.
« Nous espérons travailler avec d’autres chercheurs en immunologie qui ont des intérêts particuliers et qui pourraient trouver cette technologie utile, nous sommes donc définitivement ouverts à d’autres collaborations et applications », a déclaré Medina.
Outre Medina et Kim, d’autres chercheurs comprennent Jacob Elliot, étudiant diplômé en acoustique ; Atip Lawanprasert, assistant de recherche en génie biomédical ; Grace Wood, doctorante en acoustique ; et Juliana Simon, professeur adjoint d’acoustique. Le prix de début de carrière de la National Science Foundation et le Instituts nationaux de la santé soutenu cette recherche.
