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Des chercheurs ont mis au point une « membrane sur une puce » de cellule humaine qui permet de surveiller en permanence la façon dont les médicaments et les agents infectieux interagissent avec nos cellules, avec la possibilité de tester des médicaments candidats potentiels pour le COVID-19.

Découvrir des médicaments candidats

Les chercheurs de l’Université de Cambridge, de l’Université Cornell et de l’Université de Stanford affirment que leur appareil pourrait imiter n’importe quel type de cellule – bactérienne, humaine ou même les parois cellulaires résistantes des plantes. Leurs recherches ont récemment porté sur la façon dont le COVID-19 attaque les membranes cellulaires humaines et, plus important encore, sur la façon dont il peut être bloqué.
Ce dispositif a été formé sur des puces tout en préservant l’orientation et la fonctionnalité de la membrane cellulaire et a été utilisé avec succès pour surveiller l’activité des canaux ioniques, une classe de protéines dans les cellules humaines qui sont la cible de plus de 60% des produits pharmaceutiques. Il utilise une puce électronique pour mesurer les changements dans une membrane sus-jacente extraite d’une cellule, permettant aux scientifiques de comprendre facilement et en toute sécurité comment la cellule interagit avec le monde extérieur.
Les membranes cellulaires jouent un rôle central dans la signalisation biologique, contrôlant tout, du soulagement de la douleur à l’infection par un virus, et agissant comme le gardien entre une cellule et le monde extérieur. L’équipe s’est attardés à créer un capteur qui préserve tous les aspects d’une membrane cellulaire – structure, fluidité et contrôle du mouvement des ions – sans les longues étapes nécessaires pour maintenir une cellule en vie.
Ce dispositif utilise une puce électronique pour mesurer les changements dans une membrane sous-jacente extraite d’une cellule, permettant aux scientifiques de comprendre facilement et en toute sécurité comment la cellule interagit avec le monde extérieur.

Un environnement plus « naturel »

L’appareil intègre des membranes cellulaires à des électrodes et des transistors en polymères conducteurs. Pour générer les membranes sur une puce, l’équipe de Cornell a d’abord optimisé un processus de production de membranes à partir de cellules vivantes, puis, en collaboration avec l’équipe de Cambridge, les a fixées sur des électrodes en polymères de manière à préserver toutes leurs fonctionnalités. Les polymères conducteurs hydratés fournissent un environnement plus « naturel » pour les membranes cellulaires et permettent une bonne surveillance du fonctionnement des membranes.
L’équipe de Stanford a optimisé les électrodes polymériques pour surveiller les changements dans les membranes. L’appareil ne repose plus sur des cellules vivantes qui sont souvent techniquement difficiles à maintenir en vie et nécessitent une attention particulière, et les mesures peuvent durer longtemps. « Parce que les membranes sont produites à partir de cellules humaines, c’est comme si on faisait une biopsie de la surface de cette cellule – nous avons tout le matériel qui serait présent, y compris les protéines et les lipides, mais aucun des défis que pose l’utilisation de cellules vivantes », a déclaré le Dr Susan Daniel, professeur associé de génie chimique et biomoléculaire à Cornell et auteur principal de l’article dans Langmuir.
Compte tenu des risques importants encourus par les chercheurs travaillant sur le SRAS-CoV-2, les scientifiques qui travaillent sur ce projet se concentreront sur la fabrication de membranes virales et la fusion de celles-ci avec les puces. Les membranes virales sont identiques à celle du SRAS-CoV-2, mais ne contiennent pas l’acide nucléique viral. On pourra ainsi identifier de nouveaux médicaments ou anticorps pour neutraliser les pics de virus qui sont utilisés pour pénétrer dans la cellule hôte. Ces travaux devraient débuter le 1er août.

Il réduit les risques associés au SRAS-CoV-2

« Avec ce dispositif, nous ne sommes pas exposés à des environnements de travail à risque pour lutter contre le SRAS-CoV-2. Ce dispositif accélérera le dépistage des médicaments candidats et fournira des réponses aux questions sur le fonctionnement de ce virus », a déclaré le Dr Han-Yuan Liu, chercheur à Cornell et coauteur des deux articles.
Les travaux futurs se concentreront sur l’augmentation de la production de ce dispositif à Stanford et l’automatisation de l’intégration des membranes aux puces, en tirant parti de l’expertise en fluidique du chercheur de Stanford, Juan Santiago, qui rejoindra l’équipe en août.
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans deux revues: Langmuir et ACS Nano.
Source : University of Cambridge
Crédit photo : Pexels