Une nouvelle façon de diagnostiquer le cancer du poumon avec une prise de sang est 10 fois plus rapide et 14 fois plus sensible que les méthodes précédentes, selon des chercheurs de l’Université du Michigan.
La micropuce développée à l’UM capture les exosomes – de minuscules paquets libérés par les cellules – du plasma sanguin pour identifier les signes de cancer du poumon.
Autrefois considérés comme des déchets éjectés des cellules pour être nettoyés, les chercheurs ont découvert au cours de la dernière décennie que les exosomes sont de minuscules parcelles contenant des protéines ou des fragments d’ADN et d’ARN précieux pour la communication entre les cellules. Bien que les exosomes de cellules saines transmettent des signaux importants dans tout le corps, les exosomes de cellules cancéreuses peuvent aider les tumeurs à se propager en préparant les tissus à accepter les cellules tumorales avant leur arrivée.
« Les exosomes cancéreux quittant le microenvironnement tumoral sortent et préparent en quelque sorte le sol. Plus tard, les graines des cellules cancéreuses sont excrétées par la tumeur et voyagent dans la circulation sanguine pour se planter dans le sol conditionné et commencer à se développer », a déclaré Sunitha Nagrath, professeur à l’UM. de génie chimique et biomédical et auteur co-correspondant de l’étude dans la revue Matière.
Les exosomes transportent des protéines à la fois à l’intérieur de la parcelle et sur leur surface extérieure. Comme de nombreuses molécules biologiques, ces protéines de surface sont chirales, c’est-à-dire qu’elles ont une torsion vers la droite ou vers la gauche, ce qui les amène à interagir avec la lumière de manière unique.
Dans les exosomes cancéreux, les protéines de surface sont souvent mutées, ce qui signifie qu’un changement génétique a modifié l’ordre des molécules qui composent la protéine. Les mutations modifient subtilement la forme de la protéine, ce qui modifie également sa chiralité.
Ces différences peuvent être repérées grâce à des interactions avec la lumière torsadée ou polarisée circulairement, qui peut correspondre à la torsion de la protéine. La résonance crée un signal fort renvoyé à un détecteur de lumière. Cependant, ces signatures lumineuses sont généralement faibles et difficiles à interpréter. De plus, les exosomes doivent être extraits d’un échantillon de sang pour effectuer ce type de détection. C’est délicat car les exosomes sont petits, mesurant seulement 30 à 200 nanomètres (un millionième de millimètre).
Pour les repérer, l’équipe de recherche a conçu des nanoparticules d’or en forme de disques torsadés (adaptées d’une structure décrite pour la première fois dans une étude de 2022). Nature étude) qui capturent les exosomes dans une cavité centrale. En raison d’une correspondance presque parfaite en termes de taille, de forme et de chimie de surface, ces cavités capturent les exosomes de manière fiable.
Avec une torsion vers la droite, ils résonnent fortement avec une lumière tournant vers la droite, mais ne renvoient pas beaucoup de signal si la lumière entrante a une torsion vers la gauche. Cette réponse différente à la lumière tordue est connue sous le nom de dichroïsme circulaire.
Les protéines des exosomes capturés, enfoncés dans la cavité, peuvent renforcer ou réduire l’intensité du signal de retour selon leur forme. Cloutées le long des minuscules canaux d’une puce microfluidique, les cavités en or ont capturé des exosomes du plasma sanguin et révélé des signatures distinctes entre les échantillons donnés par les participants à l’étude en bonne santé et ceux atteints d’un cancer du poumon.
« Alors que je m’attendais à ce que l’activité optique des nanoparticules dépende des mutations des protéines, j’ai été agréablement surpris de sa sensibilité. Cela est dû au fait que les nanoparticules sont toutes orientées de la même manière dans le dispositif de détection. » a déclaré Nicholas Kotov, professeur distingué Irving Langmuir de sciences chimiques et d’ingénierie à l’UM et auteur co-correspondant de l’étude.
Les puces microfluidiques, appelées puces CDEXO pour la détection du dichroïsme circulaire des EXOsomes, pourraient être capables de distinguer des mutations spécifiques du cancer du poumon, aidant ainsi les médecins à prendre des décisions de traitement pour cibler les mutations dominantes à mesure qu’elles évoluent.
Les chercheurs envisagent que la puce CDEXO soit d’abord utilisée parallèlement aux méthodes de diagnostic traditionnelles. À mesure que la confiance dans la technologie se développe, la puce pourrait être utilisée pour dépister d’autres cancers afin d’améliorer la détection précoce.
« Dans une prochaine étape, nous souhaitons examiner les protéines mutées des tumeurs solides les plus connues pour comprendre en quoi leurs signatures spectrales sont différentes. À partir de là, nous pouvons pousser la technologie pour augmenter davantage ces différences spectrales afin de distinguer les protéines », a déclaré Nagrath.
Plus d’informations :
Yoon-Tae Kang et al, Détection chiroptique et analyse des mutations de vésicules extracellulaires associées au cancer à l’aide de la microfluidique avec des nanoparticules chirales orientées, Matière (2024). DOI : 10.1016/j.matt.2024.09.005