Les outils D’imagerie comme les rayons X et L’IRM ont révolutionné la médecine en donnant aux médecins une vue rapprochée du cerveau et d’autres organes vitaux chez les personnes qui vivent et respirent. Maintenant, les chercheurs de L’Université Columbia rapportent une nouvelle façon de zoomer aux plus petites échelles pour suivre les changements au sein des cellules individuelles.
décrit dans le dernier numéro de Nature Communications, L’outil combine un traceur chimique largement utilisé, D2O, ou eau lourde, avec une méthode d’imagerie laser relativement nouvelle appelée diffusion Raman stimulée (SRS)., Les applications potentielles de la technique incluent aider les chirurgiens à éliminer rapidement et précisément les tumeurs, à aider à détecter les blessures à la tête et les troubles du développement et du métabolisme.

« Nous pouvons utiliser cette technologie pour visualiser les activités métaboliques chez un large éventail d’animaux”, a déclaré L’auteur principal de L’étude, Wei Min, professeur de chimie à L’Université de Columbia. « En suivant où et quand de nouvelles protéines, lipides et molécules D’ADN sont fabriqués, nous pouvons en apprendre davantage sur la façon dont les animaux se développent et vieillissent, et ce qui ne va pas en cas de blessure et de maladie.,”

La percée implique l’utilisation de l’eau lourde comme un traceur chimique. Fabriqué en échangeant les atomes d’hydrogène de l’eau avec leur parent plus lourd, le deutérium, l’eau lourde ressemble et goûte à l’eau ordinaire et à petites doses (pas plus de cinq cuillères à soupe pour les humains) est sûre à boire. Une fois métabolisée par les cellules du corps, l’eau lourde est incorporée dans les protéines, les lipides et L’ADN nouvellement fabriqués, où le deutérium forme des liaisons chimiques avec le carbone.,

lorsque ces liaisons carbone-deutérium sont frappées par la lumière, elles vibrent à des fréquences variables, ont découvert les chercheurs, permettant à chaque macromolécule d’être identifiée comme une protéine, un lipide ou un ADN. À partir de ces signatures de fréquence, ils pourraient suivre la croissance de nouvelles protéines, lipides et ADN dans le cerveau, la peau, l’intestin et d’autres organes de l’animal.

bien que l’eau lourde soit déjà utilisée pour étiqueter les protéines et les lipides afin de suivre les changements métaboliques, l’analyse se fait actuellement sur un spectromètre de masse, sur des cellules extraites du corps., Cette méthode permet maintenant de visualiser les changements subcellulaires en temps réel et dans l’espace. « Nous obtenons une image continue de ce qui se passe à l’intérieur des cellules animales vivantes. Auparavant, nous n’avions qu’un instantané”, a déclaré le co-auteur principal de l’étude, Lingyan Shi, chercheur postdoctoral à Columbia.

Dans l’étude, les chercheurs ont dilué de L’eau régulière avec du D2O et l’ont donnée à boire à des vers ronds, des souris et des embryons de poisson zèbre. Visant le laser SRS sur une variété de tissus, ils ont observé pendant des heures et des jours que de nouvelles protéines, lipides et ADN marqués au deutérium s’accumulaient.,

dans une expérience, ils ont observé une ligne lumineuse émerger autour des tumeurs du cerveau et du côlon à croissance rapide chez les souris. Au fur et à mesure que les cellules cancéreuses se divisaient, plus de deutérium était incorporé dans leurs protéines et lipides nouvellement fabriqués. « Cette méthode crée une ligne nette entre les tissus sains et cancéreux, ce qui rend beaucoup plus facile l’élimination de la tumeur”, a déclaré Shi.

Les expériences ont également offert de nouvelles perspectives sur le développement cellulaire et le vieillissement.

– dans le ver rond, ils ont observé la production de graisse augmenter et diminuer dans le système reproducteur du ver en vieillissant., La graisse aide les œufs du ver à mûrir, et une fois que cette graisse ajoutée n’était plus utile, la formation de graisse a ralenti, ont-ils constaté. Ils ont également vu des touffes de Nouvelle Forme protéique dans le corps du ver plus âgé, suggérant que l’imagerie SRS marquée au deutérium pourrait être utilisée pour suivre les dépôts de protéines, et donc les maladies liées au vieillissement.

– dans le cerveau en développement de bébés souris, ils ont observé la formation d’une couche de graisse isolante, appelée gaine de myéline, autour de chaque cellule., Regarder le processus en temps réel a suggéré aux chercheurs que l’imagerie SRS marquée au deutérium pourrait être utilisée pour dire si le cerveau d’un enfant se développe correctement, ou si les patients souffrant de sclérose en plaques, une maladie qui attaque la myéline du cerveau et perturbe le flux d’informations, pourrait récupérer.

– dans les cellules des glandes sudoripares de souris, ils ont observé la formation de nouveaux lipides dans les cellules situées sur les bords extérieurs des glandes sudoripares, poussant les cellules plus âgées vers l’intérieur., Lorsque ces vieilles cellules ont finalement atteint le centre des glandes, elles sont mortes et ont été expulsées dans un processus censé hydrater la peau et les cheveux au-dessus.

« La beauté de cette méthode de cartographie est sa simplicité », explique Eric Potma, professeur de chimie à L’Université de Californie à Irvine qui n’a pas participé à l’étude. « Il produit des images vives de l’activité métabolique dans les tissus avec un effort apparemment minime. Comme le microscope SRS continue de devenir plus petit, l’imagerie SRS marquée au deutérium peut aider à attraper les tumeurs à des stades beaucoup plus précoces., »

agissant sur une intuition que l’élément hydrogène est venu sous une forme plus lourde, Harold Urey, alors professeur de chimie à Columbia, a réussi à séparer le deutérium de l’hydrogène liquide en 1931. Cette découverte lui valut le prix Nobel de chimie trois ans plus tard. En plus de servir de traceur en spectroscopie de masse, le deutérium est aujourd’hui utilisé pour suivre les changements dans la circulation océanique, étudier la formation des étoiles et moduler les réactions chimiques dans la fabrication de l’énergie nucléaire.
Cet article a été republié à partir de matériaux fournis par L’Université Columbia., Remarque: le matériel peut avoir été modifié pour la longueur et le contenu. Pour de plus amples renseignements, veuillez communiquer avec la source citée.
référence
Lingyan Shi, Chaogu Zheng, Yihui Shen, Zhixing Chen, Edilson S. Silveira, Luyuan Zhang, Mian Wei, Chang Liu, Carmen de Sena-Tomas, Kimara Targoff, Wei Min. Imagerie optique de la dynamique métabolique chez les animaux. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41467-018-05401-3.