En biologie Utilisation de lumières éclaire la santé des processus biologiques importants
Cette période de l'année, les lumières éclairent nos maisons et ajoutent de l'éclat à nos vacances. Toute l'année, les scientifiques financés par les Instituts nationaux de l'utilisation de la lumière pour éclairer la santé des processus biologiques importants, des rouages internes de cellules à l'activité complexe du cerveau. Voici un regard sur quelques-uns des moyens nouveaux outils basés sur la lumière ont approfondi notre compréhension des systèmes vivants et de définir la scène pour les futurs progrès de la médecine.
Visualisation de l'activité virale
Ce qui ressemble à un motif coloré produit sous forme de lumière pénètre dans un kaléidoscope est une image d'une cellule infectée par le virus respiratoire syncytial (VRS) éclairé par une nouvelle sonde fluorescente appelé MTRIPS (sondes d'imagerie d'ARN tétravalent se multiplient marqués).
Bien que relativement inoffensif dans la plupart des enfants, le VRS peut conduire à la bronchite et la pneumonie chez les autres. Philip Santangelo du Georgia Institute of Technology et de l'Université Emory, avec des collègues à l'échelle nationale, utilisés MTRIPS pour gagner un peu plus près le cycle de vie de ce virus.
Une fois introduit dans les cellules infectées par VRS, MTRIPS verrouillé sur le matériel génétique des particules individuelles virales (dans l'image, rouge), ce qui les rend brillent. Cela a permis aux chercheurs de suivre l'entrée, l'assemblage et la réplication du VRS à l'intérieur des cellules vivantes.
Les connaissances acquises à partir de la nouvelle technique d'imagerie pourraient aider les scientifiques à développer des médicaments antiviraux ou de vaccins qui pourraient limiter la propagation du RSV. Les scientifiques peuvent également être en mesure d'utiliser l'approche pour étudier d’autres virus, comme la grippe et le virus Ebola.
Éclairer les cellules du cerveau
Les cellules nerveuses, ou neurones, dans cette image des tissus du cerveau de la souris sont éclairées en bleu et rouge par des protéines sensibles à la lumière appelées opsins qui ont été initialement découverts dans les algues.
Pour étudier comment des groupes spécifiques de neurones affectent l'activité du cerveau, les scientifiques utilisent opsins comme des interrupteurs pour faire tourner les cellules sur et en dehors. Tout d'abord, ils dirigent les neurones pour produire opsins particulier, dont la plupart réagissent à la lumière dans le bleu-vert. Ils ont ensuite brillé la lumière sur les cellules. Les opsins détectent la lumière et réagissent en modifiant la tension électrique des neurones. Selon l’opsin sélectionné, le changement de tension sera soit tourner le neurone hors tension ou l'activer.
Une équipe de recherche dirigée par Ed Boyden du Massachusetts Institute of Technology et Gane Ka-Shu Wong de l'Université de l'Alberta a découvert une opsine qui répond principalement à la lumière rouge. Comme le montre cette image, les scientifiques peuvent utiliser les différents opsins pour manipuler deux groupes de neurones simultanément, fournissant un aperçu plus complet sur la façon dont les deux ensembles de cellules du cerveau interagissent.
Un avantage supplémentaire de la nouvelle opsin est que la lumière rouge utilisée pour déclencher son activité est moins dommageable pour le tissu que la lumière bleu-vert. Ce trait peut rendre le opsin un outil utile pour les scientifiques qui explorent des façons de traiter les rétines dégénérés; les résultats des études sur les animaux ont déjà montré que certains opsins, lorsqu'il est inséré dans les cellules rétiniennes, peuvent aider à rétablir la sensibilité à la lumière.
Suivi d'un joueur clé dans la propagation du cancer
Dans cette image d'une cellule cancéreuse, les chercheurs ont utilisé un nouveau biocapteur pour éclairer Rac1, une molécule impliquée dans le mouvement des cellules et la propagation des cellules cancéreuses à d'autres parties du corps.
Les cellules cancéreuses se déplacent d'une tumeur primaire en utilisant invadopodes, saillies de pied-like qui se brisent par tissu conjonctif environnant. Invadopodes sont entraînés par des protéines des filaments qui se développent de façon répétée et démontent. Les chercheurs dirigés par Louis Hodgson d'Albert Einstein College of Medicine ont suspecté que Rac1 pourrait jouer un rôle dans ce cycle de construction-ventilation, donc ils ont développé un biocapteur fluorescent pour suivre son activité. Ils ont ensuite utilisé le biocapteur pour étudier les cellules de cancer du sein hautement invasives prises contre les rongeurs et les humains. Les scientifiques ont observé invadopodia formant lorsque l'activité Rac1 était faible et disparaître quand il était élevé. Ils ont ensuite confirmé leurs résultats quand ils ont fermé le gène responsable de Rac1 et vu le invadopodia restent intacts indéfiniment.
Les chercheurs espèrent maintenant de trouver un moyen de désactiver Rac1 dans les cellules cancéreuses sans perturber sa fonction dans le reste du corps.
