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De meilleures images de protéines
Les chercheurs du MIT ont considérablement augmenté la sensibilité de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), une technique analytique qui peut donner des images détaillées des structures de molécules complexes comme les protéines. Une RMN améliorée pourrait aider les sociétés pharmaceutiques à sélectionner rapidement des bibliothèques de thérapies potentielles. Il pourrait également être utilisé un jour pour tester les patients pour la présence de protéines anormales, telles que celles qui s'accumulent dans le cerveau à la suite de la maladie d'Alzheimer et de la maladie de Huntington.
Sonde protéique : Cette sonde RMN, plus petite qu'une carte de crédit, augmente considérablement la sensibilité de la technique analytique. La sonde utilise un morceau de cuivre simple et bon marché semblable à une antenne de téléphone portable.
Jusqu'à présent, l'utilisation de la RMN était limitée car la technique est coûteuse et chronophage, et elle oblige les chercheurs à rassembler des échantillons relativement importants de la molécule qu'ils souhaitent étudier. La méthode du MIT, qui repose sur un nouveau type de sonde magnétique, pourrait diviser par 100 le temps nécessaire à la réalisation de ces tests, estime Arnold Schwartz, ancien directeur de la recherche et du développement chez Une variante , un fabricant de machines RMN basé à Palo Alto, en Californie. Il s'agit d'une approche très nouvelle par rapport à celles adoptées au cours des 30 dernières années, dit Schwartz.
La spectroscopie RMN donne aux chercheurs des informations sur la composition chimique et la structure tridimensionnelle des molécules. La RMN vous permet d'effectuer des mesures entre les atomes et de déterminer la structure d'une molécule, dit Yael Maguire , qui a développé la nouvelle sonde RMN pour son travail de thèse au Media Lab du MIT et a présenté le travail cette semaine au Symposium européen du Société des protéines à Zurich, en Suisse.
Un outil pour déterminer la structure chimique des protéines a une grande pertinence clinique potentielle, dit Shuguang Zhang , directeur associé du Center for Biomedical Engineering du MIT. L'activité des médicaments protéiques, par exemple, dépend de la forme des protéines. Et l'accumulation de protéines déformées dans le cerveau serait à l'origine de maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer. La cristallographie aux rayons X peut fournir des informations structurelles similaires à celles fournies par la spectrométrie RMN, mais cela peut prendre des années d'efforts pour qu'une protéine cristallise, dit Maguire, et toutes les protéines ne cristalliseront pas.
Étant donné que les signaux radiofréquence sur lesquels repose la spectroscopie RMN sont très faibles, de grands échantillons sont nécessaires pour effectuer des expériences. Les instruments nécessitent également de gros aimants puissants, ce qui contribue à leur taille et à leur coût. Par conséquent, les biochimistes ont eu un accès limité aux machines. Maguire et ses collaborateurs, dont Zhang et Neil Gershenfeld du Center for Bits and Atoms du MIT, veulent rendre la RMN plus largement disponible. Nous rêvons d'en faire une machine de table dans chaque laboratoire et hôpital, dit Maguire.
La RMN traditionnelle utilise des bobines pour détecter les signaux radiofréquences produits par certains atomes, notamment l'hydrogène et le carbone, lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique. Mais la forme complexe des bobines les rend difficiles à miniaturiser davantage. En revanche, les chercheurs du MIT ont fabriqué une sonde RMN hautement sensible à partir d'une bande plate de cuivre similaire aux antennes des ordinateurs portables et des téléphones portables. C'est simple à fabriquer, dit Maguire. Les mêmes entreprises qui fabriquent des antennes peuvent les fabriquer. Une coupe rapide avec un laser crée un petit trou à partir duquel un champ magnétique peut s'écouler.
Jusqu'à présent, les chercheurs du MIT ont utilisé la sonde pour confirmer des structures connues. Lors de tests sur une protéine appelée ribonucléase, ils ont pu utiliser 3 000 fois moins de composé que ce qui est normalement nécessaire pour effectuer une spectroscopie RMN ; dans les tests sur le saccharose, ils en ont utilisé 10 000 fois moins.
Zhang s'attend à ce que le système RMN le plus sensible soit adopté d'abord par les biologistes structurels, puis par la communauté médicale. Au fur et à mesure que de plus en plus de personnes dans d'autres domaines, y compris la science médicale et les cliniques, deviennent de plus en plus conscientes de la puissance et de la sensibilité de la RMN pour le diagnostic des maladies conformationnelles des protéines, elles l'utiliseront inévitablement, dit-il.
Maguire espère maintenant intégrer des aimants plus petits aux spectromètres afin qu'ils puissent vraiment tenir sur des tables. Il espère également intégrer plusieurs sondes RMN avec des puces microfluidiques pour de futurs tests cliniques qui recherchent plusieurs biomarqueurs (comme des protéines mal repliées) dans le sang ou le liquide céphalo-rachidien d'un patient.