Des chercheurs de l’Université de Bath ont développé des sondes moléculaires fluorescentes capables de détecter les changements dans les niveaux de glucose chez les animaux vivants, offrant ainsi aux scientifiques de nouvelles façons de visualiser l’absorption du sucre et d’étudier en temps réel le diabète, le cancer et d’autres maladies métaboliques dans des organismes entiers.
Sommaire
Voir les sucres en action
Les glucides comme le glucose jouent un rôle essentiel dans le métabolisme énergétique et le diabète, mais leur surveillance au sein des tissus vivants reste un défi scientifique majeur.
L’équipe interdisciplinaire a conçu des sondes moléculaires fluorescentes qui combinent des produits chimiques appelés acides boroniques, qui se lient sélectivement aux sucres, avec des technologies d’imagerie avancées capables de visualiser le comportement moléculaire à l’intérieur des systèmes vivants.
Les sondes ont pu détecter des changements dans les niveaux de glucose dans les cellules en culture et dans le poisson zèbre vivant.
« Nos travaux démontrent que les sondes synthétiques reconnaissant les glucides peuvent surveiller en temps réel les processus liés au glucose dans les organismes vivants. » a déclaré le professeur Sofia I. Pascu, du département de chimie de l’université et l’un des auteurs correspondants de l’étude. « Cela représente une étape importante vers des outils de nouvelle génération pour étudier les troubles métaboliques et développer des technologies de diagnostic de précision. »
Les chercheurs ont combiné les sondes avec la microscopie d’imagerie de pointe à vie par fluorescence multiphotonique (MP-FLIM), une technique avancée qui mesure les changements subtils dans la durée de vie (combien de temps dure un signal de fluorescence), au lieu de simplement mesurer la luminosité. Cette approche a permis à l’équipe de cartographier visuellement quelles cellules absorbent et utilisent les sucres en temps réel au sein d’un système vivant.
Détection d’une glycémie élevée dans les systèmes vivants
Pour tester si la technologie pourrait fonctionner in vivol’équipe a utilisé le poisson zèbre, un organisme modèle largement utilisé pour la recherche métabolique.
Plusieurs sondes se sont fortement accumulées dans le système digestif des larves de poisson zèbre, où leur fluorescence a changé en réponse à une provocation externe par le glucose.
Ils ont également utilisé la même approche pour distinguer avec succès le poisson zèbre déficient en insuline et porteur d’une mutation semblable au diabète des frères et sœurs en bonne santé.
Les poissons diabétiques ont montré une fluorescence considérablement réduite en raison de leurs niveaux de glucose élevés, démontrant la capacité de la sonde à détecter les changements de glucose au sein d’un organisme vertébré vivant.
M. David Gurevich, auteur correspondant et chercheur Sir Henry Dale Wellcome Trust au Département des sciences de la vie de l’Université, a déclaré : « Nos résultats montrent que les sondes fluorescentes synthétiques à base d’acide boronique peuvent signaler les fluctuations du glucose causées à la fois par une exposition externe au sucre et par un organisme vivant déficient en insuline.
« Cela pourrait donner aux chercheurs une nouvelle façon de relier les modifications du glucose aux effets biologiques des maladies métaboliques et autres. »
Applications futures dans le diabète et le cancer
Au-delà de la surveillance du glucose, les chercheurs pensent que la plateforme pourrait être adaptée pour détecter d’autres glucides et marqueurs métaboliques biologiquement importants. Étant donné que le métabolisme anormal des glucides est une caractéristique de maladies telles que le diabète et de nombreux cancers, la technologie pourrait à terme permettre un diagnostic plus précoce, la découverte de médicaments et des stratégies de traitement personnalisées.
En réunissant la chimie supramoléculaire, la photonique avancée et les modèles biologiques, nous avons créé une plateforme polyvalente pour l’imagerie des processus métaboliques en temps réel.Ce travail démontre la puissance de la combinaison de la chimie, de la biologie et de l’imagerie avancée pour obtenir de nouvelles connaissances sur les systèmes vivants. Nous explorons maintenant comment ces technologies pourraient être développées davantage pour les applications théranostiques et les futurs outils de dépistage de médicaments. »
Tony D. James, professeur et co-auteur correspondant, Université de Bath
Collaboration internationale et réussite scientifique
La recherche reflète une collaboration hautement interdisciplinaire et internationale impliquant des biologistes, des physiciens et des chimistes de l’Université de Bath, de l’Université de Birmingham, de l’Université autonome de Madrid, du Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) et du laboratoire STFC Rutherford Appleton.
L’équipe comprenait le regretté professeur John S. Fossey de l’Université de Birmingham, figure de proue de la chimie de l’acide boronique et de la reconnaissance moléculaire ; sa perspicacité et sa collaboration ont contribué à façonner ce projet et de nombreuses études connexes.
La publication, dans la revue Science avancéerend hommage à son héritage scientifique et à son impact durable sur ses collègues, étudiants et collaborateurs dans tout le domaine.
