Un nanocapteur mesure la tension des fibres

Les bactéries peuvent s'attacher aux fibres tissulaires à l'aide d'une "nano-colle". Viola Vogel, professeure de mécanobiologie appliquée, a étudié il y a quelques années la manière dont elles le font à l'aide de simulations informatiques au CSCS (site externeETH Life a rapporté). Les chercheurs ont simulé la manière dont la nano-adhésive bactérienne - un filament peptidique doté de plusieurs sites de liaison alignés - adhère aux fibres dites de fibronectine. Ces fibres de tissu conjonctif sont coupées dans les plaies. Elles font partie du réseau fibreux dans lequel les cellules sont intégrées.

Une bactérie détecte la tension

Les cellules tirent continuellement sur les fibres de fibronectine intactes. Les simulations de ce processus ont montré que dès que la fibronectine est étirée par des forces appliquées, les distances entre les différents sites de liaison sur la fibronectine deviennent trop importantes pour le peptide bactérien. Le nano-adhésif bactérien s'est alors détaché en grande partie.

Les chercheurs ne s'attendaient pas à ces résultats à l'époque. Ils indiquaient toutefois que la bactérie Staphylococcus aureus utilisée pour leur simulation pourrait avoir développé au cours de son évolution un nanocapteur permettant de détecter l'état de tension des fibres de fibronectine. Pour pouvoir infecter "avec succès" une plaie, la redoutable bactérie devrait s'attacher à des fibres coupées et donc détendues.

Mais on ne dispose jusqu'à présent que de peu de connaissances sur l'état de tension des fibres tissulaires et son influence, par exemple sur les processus physiologiques en cas de modifications dégénératives des tissus. De plus, il manque des méthodes appropriées pour pouvoir mesurer ces minuscules forces générées par les cellules sur les fibres tissulaires.

Viola Vogel et son groupe de recherche travaillent donc sur des nano-senseurs adaptés à cet effet : Inspirés par les simulations, ils ont développé un peptide bactérien capable de reconna?tre les états de tension de la fibronectine dans les tissus. Un tel peptide pourrait être utilisé pour la thérapie et le diagnostic.

Un nano-capteur testé avec succès en situation réelle

Les chercheurs ont maintenant testé avec succès le peptide synthétique dans des cultures cellulaires ainsi que dans le tissu tumoral de modèles animaux. Selon eux, le peptide peut rendre visible la tension des fibres tissulaires dans les tumeurs, car il n'adhère qu'aux fibres qui ne sont pas sous tension. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue spécialisée site externeNature Communications publiés.

Pour tester si le peptide ne se lie effectivement qu'aux fibres détendues, les chercheurs ont mélangé une "nano-sonde" optique spéciale qu'ils ont développée dans le milieu de culture cellulaire. Cette sonde ne peut être utilisée que dans des cultures cellulaires et y indique l'état de tension des fibres par des changements de couleur. Parallèlement, les chercheurs ont marqué le peptide synthétique avec un colorant afin de pouvoir identifier l'endroit où il se lie dans la culture cellulaire.

En outre, les tissus tumoraux ont été colorés avec un peptide marqué en couleur et avec des anticorps qui adhèrent à toutes les fibronectines. Cela a permis de visualiser toutes les fibres de fibronectine dans la tumeur, alors que le peptide ne se fixe qu'aux fibres rel?chées.

Toutes les fibres ne sont pas détendues

L'examen détaillé de la tumeur a montré, à la grande surprise des scientifiques, que les peptides ne s'attachaient pas à toutes les fibres de fibronectine - un signe que toutes les fibres de la tumeur ne sont pas sous tension. "Cependant, nous ne pouvons pas encore dire pourquoi la fibronectine détendue est plus fréquente dans certaines zones de la tumeur que dans d'autres", explique Vogel.

Pour savoir si la colle bactérienne se prête également à des fins de diagnostic, des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer (PSI), sous la direction de Martin Behé et Roger Schibli, ont injecté des peptides radiomarqués dans un modèle animal. Les scientifiques ont ainsi pu identifier l'endroit où le peptide se lie dans l'organisme. "Outre les organes bien irrigués comme les reins, le foie et la rate, le peptide s'est accumulé en premier lieu dans le tissu tumoral", explique Viola Vogel. C'est aussi là qu'il a séjourné le plus longtemps.

Les scientifiques espèrent pouvoir un jour utiliser ces peptides pour marquer les tissus tumoraux et autres tissus dégénérés à des fins de diagnostic. Les peptides pourraient être utilisés pour la radiothérapie ou pour livrer des principes actifs médicamenteux au foyer de la maladie, par exemple en faisant adhérer au peptide, à la place de la bactérie, un principe actif qui parviendrait directement à sa cible gr?ce aux capteurs de liaison du peptide. Le grand avantage des peptides est qu'ils sont beaucoup plus petits que les nanoparticules et les anticorps. "Les molécules filamenteuses peuvent donc pénétrer beaucoup mieux et plus profondément dans les tissus tumoraux denses", explique Vogel.

Examiner les possibilités d'utilisation

Les résultats et la nouvelle approche de la chercheuse dans la recherche de nouvelles voies de diagnostic et de thérapie ont attiré l'attention : en plus d'un ERC et d'une subvention du FNS récemment attribuée, Viola Vogel a obtenu une chaire Einstein à la prestigieuse Charité de Berlin. Elle peut ainsi financer deux postes pour combiner la nouvelle technique avec la recherche clinique. En collaboration avec le PSI, Vogel veut en outre examiner dans quels tissus et pour quelles maladies le peptide peut être utilisé.

Viola Vogel constate que le chemin a été long entre les premières simulations au CSCS et les essais en laboratoire jusqu'au modèle animal. Car la recherche basée sur des simulations est toujours regardée d'un ?il critique par les sciences expérimentales. Mais la professeure de l'ETH rétorque à cela : "Nous essayons d'aiguiser notre réflexion sur les processus moléculaires par le biais des simulations". La chercheuse est convaincue que les connaissances actuelles n'auraient pas pu être obtenues sans les simulations. "Nous sommes donc clairement arrivés au point où la simulation a une valeur prédictive", conclut Vogel.

Simone Ulmer est rédactrice Science et technologie au site externeCSCS,où cet article a été publié pour la première fois.