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Une tranche de vie de laboratoire
Colin Buss, étudiant diplômé, expérimente une technique qui pourrait aider à maîtriser un globule blanc trop performant. 22 août 2018
Colin Buss, chercheur diplômé au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT, dit qu'il n'est pas trop exagéré d'appeler le BD LSRFortessa son meilleur ami. Nous avons passé de nombreux samedis après-midi ensemble, dit Buss à propos du cytomètre en flux, qui est utilisé pour compter et trier les cellules dans une solution. Après avoir placé un tube d'échantillons de cellules sur l'appareil et qu'une buse métallique aspire le liquide, la machinerie sépare les cellules individuelles et les analyse en les exposant à une variété de lasers. Fortessa peut parcourir mille cellules par seconde, ce qui permet à des chercheurs comme Buss d'économiser d'innombrables heures à scruter un microscope. Pas étonnant qu'ils soient amis.
Même lorsqu'il utilise des techniques à la pointe de son domaine, Buss, comme tant d'autres 6 900 étudiants diplômés du campus, consacre de longues heures au laboratoire à effectuer des tâches apparemment routinières. Mais le potentiel de ses recherches est loin d'être banal. La technologie qu'il teste en examinant toutes ces cellules pourrait conduire à de meilleurs traitements contre la septicémie, une condition dans laquelle la réaction excessive du corps à une infection endommage ses propres tissus et organes. Chaque année, quelque 250 000 Américains meurent de septicémie, qui tue plus de cinq millions de personnes chaque année dans le monde.
Buss a fini par se lier d'amitié avec Fortessa au MIT après avoir été inspiré par les travaux du professeur de bio-ingénierie Sangeeta Bhatia, SM '93, PhD '97, qui développait des diagnostics et des thérapies contre le cancer qui utilisaient fréquemment les nanoparticules comme technologie d'administration. Buss avait étudié le génie chimique à Cornell et avait initialement envisagé de devenir médecin, mais il s'est rendu compte qu'il était plus intéressé par la recherche médicale. J'ai l'impression que je peux avoir un plus grand impact en développant une nouvelle technique thérapeutique plutôt que de traiter les patients directement, dit-il. Désireux d'aider à étendre la technologie des nanoparticules de Bhatia à de nouveaux domaines d'application, comme le ciblage des cellules du système immunitaire, il a rejoint son laboratoire de technologies régénératives multi-échelles à l'Institut Koch il y a cinq ans. Ses recherches là-bas en tant que doctorant l'ont poussé à puiser dans son ingénieur intérieur, dit-il, pour trouver une solution à une question vraiment intéressante.
La question qui retient maintenant son attention est de savoir si la réponse naturelle du système immunitaire à l'infection peut être affinée avec un peu de manipulation génétique activée par la nanotechnologie. Alors aujourd'hui, il utilise Fortessa pour analyser des échantillons de globules blancs qu'il a prélevés sur des souris. La nuit dernière, plusieurs souris ont inhalé des bactéries en suspension dans l'air, ce qui leur a fait développer une infection en trois à quatre heures. Tôt ce matin, il leur a injecté des nanoparticules contenant de petits ARN interférents (siARN). Et si tout se passait comme prévu, dit Buss, l'introduction de ce matériel génétique dans leur circulation sanguine devrait aider à réguler la réponse de leur système immunitaire à l'infection.
Le candidat au doctorat Colin Buss a déjà envisagé d'être médecin, mais a décidé qu'il pourrait aider plus de gens en développant des thérapies. Il a donc rejoint le laboratoire de Sangeeta Bhatia pour les technologies régénératives à plusieurs échelles pour travailler avec elle sur l'utilisation de l'administration de médicaments à base de nanoparticules pour lutter contre les maladies infectieuses.
Le corps des souris réagit aux infections de la même manière que celui des humains. Lorsque les cellules immunitaires circulant constamment dans la circulation sanguine détectent la présence d'un intrus, tel qu'un virus, une bactérie ou un champignon, elles déclenchent la réponse immunitaire de l'organisme et recrutent de nombreux pelotons de cellules défensives, dont plusieurs des cinq variétés de cellules blanches. cellules sanguines - pour les rejoindre au site de l'infection. Buss étudie les monocytes, un type de globules blancs qui font souvent un peu trop bien leur travail, recrutant trop d'autres cellules et créant trop d'inflammation. Alors qu'une certaine quantité d'inflammation localisée au site de l'infection est cruciale pour détruire l'agent pathogène envahissant, l'inflammation prolongée et généralisée qui se produit dans la septicémie peut entraîner des lésions et une défaillance des organes. Avec des infections dans des organes sensibles comme les poumons et le cœur, votre réponse immunitaire peut vouloir jeter tout ce qu'elle a sur les bactéries, dit Buss. Mais trop d'inflammation et trop peu de concentration sur la régulation du reste de votre corps peuvent en fait vous tuer avant l'infection.
Votre réponse immunitaire peut vouloir jeter tout ce qu'elle a sur les bactéries. Mais trop d'inflammation... peut en fait vous tuer avant l'infection.
Les nanoparticules porteuses d'ARNsi, conçues par Buss, sont destinées à contrôler cette inflammation. Un revêtement moléculaire conçu les aide à survivre à la nage dans la circulation sanguine et leur permet de s'ancrer sur les membranes des monocytes pour décharger leur cargaison. Le siARN se glisse ensuite dans le processus de réplication de l'ADN des cellules, bloquant la production d'une protéine de signalisation qui agit comme un phare chimique pour recruter d'autres monocytes sur le site de l'infection. Le défi consiste à s'assurer que les faisceaux d'ARNsi n'interfèrent pas avec d'autres variétés de cellules immunitaires ou n'éteignent pas complètement les monocytes. Nous voulons toujours que les monocytes réagissent à l'infection, dit Buss. Nous ne voulons tout simplement pas qu'ils réagissent de manière excessive.
L'expérience d'aujourd'hui est conçue pour tester si les nanoparticules ont atteint leur destination prévue. Ainsi, après avoir isolé les globules blancs des échantillons de sang, il les code par couleur. Chaque type de globule blanc possède une combinaison unique de récepteurs de surface, des quais de chargement utilisés pour se lier et interagir avec d'autres cellules. Buss marque les cellules avec une variété de colorants conçus pour se fixer uniquement à un récepteur spécifique, ce qui lui permet de les trier par type de cellule. (Les monocytes, par exemple, émettront de la lumière bleue, blanche et jaune dans Fortessa.) Buss a également teint ses nanoparticules en rose. Donc, si la livraison a réussi, les monocytes devraient également briller en rose lorsqu'il les fait passer à travers les lasers de Fortessa. Et en comptant le nombre d'autres globules blancs émettant également du rose, Buss sera en mesure de déterminer combien de colis d'ARNsi non intentionnels ont été reçus.
Pour coder par couleur les globules blancs, Buss utilise une propipette, un instrument qui ressemble à un pistolet à colle chaude, pour distribuer du colorant dans ses solutions. Ses mouvements sont rythmiques : collez la propipette dans un nouvel embout stérile, aspirez la solution, distribuez la solution, faites glisser l'embout usagé dans un seau à déchets biologiques et répétez. Créer des dizaines d'échantillons, y compris des échantillons de contrôle pour calibrer correctement Fortessa, est un travail répétitif, mais Buss dit qu'il a trouvé son rythme.
Au cours de ses années de travail en laboratoire, dit Buss, il a vu la promesse croissante de technologies minuscules pour créer des effets plus précis et accordables dans les processus biologiques des êtres vivants. Des technologies telles que l'ARNsi dans les nanoparticules permettent aux chercheurs de se concentrer sur un comportement dans un groupe spécifique de cellules, une précision qui a longtemps été hors de portée dans les thérapies médicamenteuses contre le cancer et les maladies infectieuses. Les thérapies par ARNsi nous donnent la capacité de contrôler les cellules au niveau des gènes individuels, ce qui a traditionnellement été difficile avec les médicaments à petites molécules, dit-il. C'est pourquoi de nombreux médicaments ont de multiples effets secondaires indésirables.
Buss espère que ses expériences sur les nanoparticules, y compris les travaux antérieurs dans lesquels il ciblait les cellules cancéreuses, seront son projet de thèse. La plus grande différence entre le travail sur le cancer et le travail sur les maladies infectieuses est l'échelle de temps, dit-il. Avec le cancer, vous inoculez les souris et travaillez pendant un mois. Avec les maladies infectieuses, tout doit se passer en 24 heures.
Alors que l'horloge tourne sur son expérience d'ARNsi, Buss transporte ses échantillons teints dans trois volées d'escaliers dans une boîte de glace en polystyrène pour les faire passer à travers Fortessa. Alors que les globules blancs traversent le labyrinthe de lasers à l'intérieur, de petits points commencent à apparaître dans un nuage de points sur le moniteur. Il se penche en avant et examine les nombreuses parcelles alors que les cellules commencent à se regrouper.
Voyez-vous cela? dit-il, en alternant entre les parcelles de bleu, de blanc et de jaune - les couleurs de colorant correspondant aux récepteurs sur les monocytes - et la parcelle correspondant à l'étiquette rose sur les parcelles d'ARNsi. Les points se regroupent au même endroit sur chacun d'eux, ce qui signifie que ses colis ont trouvé les monocytes et déchargé leur cargaison. Il devra examiner les résultats des autres types de globules blancs pour voir s'ils ont eux aussi reçu les colis d'ARNsi. Et des centaines de répétitions de cette même expérience nous attendent. Mais pour l'instant, il regarde le nuage de points lui indiquant que ses nanoparticules ont trouvé leur cible. Celui-là est magnifique, dit-il.