Luis Manuel Liz Marzán, chimiste : « Nous écoutons ce que les cellules se disent » | Science

Le chimiste Luis Manuel Liz Marzán, né à Vigo il y a 57 ans, espionne les cellules. Le écouter avec des nanoétoiles (nanomatériaux créés avec de l’or et de l’argent, principalement, de taille inférieure à 100 nanomètres ou un milliardième de mètre) pour connaître leurs intentions et leurs stratégies. Son objectif est d’étudier comment intervenir, avec les mêmes nanomatériaux, en cas d’apparition d’une tumeur, d’une maladie neurodégénérative ou d’une infection, les plus grands défis auxquels l’humanité est confrontée dans le domaine de la santé. Il est l’un des scientifiques les plus cités au monde depuis près d’une décennie et sa liste de distinctions est immense. diriger le groupe de Bionanoplasmonique du centre de recherche CIC Biomagune de Saint-Sébastien, est professeur à l’Université de Vigo, chercheur principal au Centre de recherche biomédicale en réseau, bioingénierie, biomatériaux et nanomédecine (CIBER-BBN) et, ce mois-ci, il sera investi docteur Honoraire de l’Université d’Anvers (Belgique).

Demander. Ils disent que leurs investigations sont à la frontière de la connaissance.

Répondre. Tous les scientifiques y aspirent. Nous cherchons à ouvrir de nouvelles voies et à résoudre des questions pertinentes qui ne sont pas résolues et qui peuvent intéresser d’autres chercheurs à utiliser et à atteindre la société, ce qui est le but ultime.

P ¿Écouter aux cellules avec des nanomatériaux ?

R Nous travaillons avec des nanomatériaux constitués de métaux nobles, principalement de l’or, car à cette échelle de taille, nanométrique, les métaux interagissent avec la lumière d’une manière différente qu’ils ne le font à la taille macroscopique. Les couleurs que nous voyons sont différentes selon la taille ou la forme des particules que nous fabriquons. Ces couleurs, cette interaction de la lumière avec les électrons du métal, nous permettent d’amplifier un signal spécifique des molécules qui nous diront plus tard comment une tumeur ou une bactérie ou une contamination de l’eau fonctionne ou nous donne une étiquette pour éviter les contrefaçons. Chaque molécule a un signal spécifique en spectroscopie Raman, et si nous sommes capables de voir ce signal avec suffisamment de sensibilité, nous pouvons dire si la molécule que nous recherchons est présente et comment elle évolue dans le temps ou quels processus se déroulent. C’est quelque chose qui, dans le cas des tumeurs, permet d’étudier les processus métaboliques de conversion des métabolites, qui se déroulent différemment dans les cellules tumorales que dans les cellules saines. C’est ce qui nous donne la capacité de savoir ce que les cellules se disent pour développer ou tuer la tumeur ou tout ce que nous étudions.

P Cela permettrait-il de connaître les stades les plus initiaux d’une tumeur pour avancer dans un diagnostic précoce ?

R Il a plusieurs avantages. Une analyse ex vivo peut être effectuée [fuera del organismo] d’une biopsie de manière relativement rapide et, de plus, l’instrumentation nécessaire pourrait même être simplifiée, sans ressources trop coûteuses ou compliquées. Mais il a aussi ses problèmes et c’est pourquoi il n’est pas encore utilisé. C’est quelque chose que nous et beaucoup d’autres scientifiques dans le monde étudions : que les signaux qui sont vus peuvent vraiment être parfaitement distingués d’autres qui peuvent provenir d’autres substances qui se trouvent dans le même milieu et, en outre, que nous pouvons dire dans un façon très fiable Quelle quantité de chaque substance avons-nous? Pour cela, nous commençons à appliquer des techniques d’intelligence artificielle pour analyser les données que nous obtenons.

P Tu veux dire qu’il y a des cellules imposteurs ?

R Pas nécessairement. Imaginez prélever un échantillon de sang, retirer les globules rouges et prélever le sérum. Dans ce sérum, il y a encore des protéines, des lipides, des sels et de nombreuses substances qui peuvent également donner un signal en spectroscopie Raman. Nous devons nous assurer que les signaux que nous voyons lorsque nous mesurons nous disent que ce que nous recherchons est présent ou non. Pour le savoir de manière indiscutable et pour que le diagnostic soit fiable, nous devons très bien comprendre quels sont les signaux qui proviennent de ce qui est toujours là ou de ce qui est habituel et quels sont les signaux qui indiquent vraiment si le diagnostic est positif ou non négatif. Nous sommes récemment dans le développement de modèles in vitro, manipulables en laboratoire, les plus proches des tumeurs réelles. Pour cela, nous utilisons des techniques de bioimpression 3D qui génèrent des modèles qui contiennent tous les éléments des cellules tumorales, des cellules saines qui les entourent habituellement, et des composants de ce qu’on appelle le microenvironnement tumoral. Ceux-ci peuvent nous permettre, par exemple, d’évaluer l’efficacité des médicaments pour un certain type de tumeur. L’idée est de faire cela avec des cellules dérivées de patients pour essayer de faire une étude in vitro de l’efficacité des médicaments, sans avoir recours à l’expérimentation animale, et, si tout va très bien, contribuer à la médecine personnalisée, des études d’efficacité des médicaments pour une tumeur spécifique d’un patient spécifique pour, à partir de là, guider le clinicien dans l’administration la thérapie. C’est notre ambition, notre rêve pour l’avenir. Nous allons avoir une réunion avec des collaborateurs spécialistes de la molécule du cancer pour concevoir les prochaines étapes dans cette direction.

Nous utilisons des techniques de bioimpression 3D qui génèrent des modèles qui contiennent tous les éléments des cellules tumorales, des cellules saines qui les entourent habituellement, et des composants de ce qu’on appelle le microenvironnement tumoral.

P Cette reconstruction des caractéristiques d’une tumeur permettrait-elle aussi de savoir quelle serait son évolution ?

R Il est tôt pour le dire. Il faut voir comment trouver les conditions pour que, effectivement, ces modèles aient une durée de vie suffisante pour pouvoir les suivre dans le temps, dans des conditions suffisamment réalistes. Ça prend du temps. Le disque que nous avons est excellent et les collaborateurs que nous avons aussi. Mais tout prend du temps et, lorsqu’on travaille avec des systèmes biologiques, la recherche est beaucoup plus lente. Cela doit être fait avec beaucoup de soin, en étant sûr de ce qui est fait et avec tous les contrôles nécessaires.

P Comment sont les nanoétoiles ?

R L’un des types de matériaux que nous fabriquons s’appelle une nanoétoile parce que c’est comme des étoiles sur des sapins de Noël, de nombreux points mais de taille nanométrique. Uno de los trabajos con mayor impacto que hemos hecho en nuestro grupo a lo largo de los años es hacer la síntesis, la fabricación de estos nanomateriales, utilizando métodos químicos con gran precisión de forma que podemos controlar el tamaño y también la geometría de las partículas Qu’avons nous besoin. En ce moment, nous avons une bibliothèque avec des sphères, des cylindres, des triangles, des cubes, des octaèdres… Chacune de ces géométries a une caractéristique qui les rend spéciales et adaptées à une application. L’une des applications qui font déjà l’objet d’essais cliniques aux États-Unis est la capacité de tuer les cellules de manière sélective et que l’on essaie également d’appliquer au traitement des tumeurs. Ceci est basé sur le fait que lorsque nous éclairons ces particules avec une lumière laser d’une certaine couleur, en plus de la capacité d’identifier les molécules, cela peut également chauffer ce qui se trouve autour de cette particule. Si nous pouvons placer sélectivement les particules sur les cellules nocives et faire briller un laser approprié pour produire un chauffage des particules, mais sans affecter les tissus environnants, alors nous pouvons détruire sélectivement les cellules tumorales. L’efficacité de ce processus dépend de la géométrie et de la taille de la particule.

P Pourrait-il être appliqué sans intervenir chez le patient ?

R Dépend. Il existe des tumeurs relativement bien localisées et pas trop éloignées de la peau, comme les tumeurs du sein ou les mélanomes, où des nanoparticules, normalement dispersées dans l’eau, pourraient même être injectées. Et une fois qu’elles se sont accumulées dans la zone correspondante, ce qui peut être favorisé en plaçant des anticorps sélectifs sur les nanoparticules pour reconnaître les cellules tumorales, le laser pourrait être utilisé sans ouverture.

Si nous pouvons placer sélectivement les particules sur les cellules nocives et faire briller un laser approprié pour produire un chauffage des particules, mais sans affecter les tissus environnants, alors nous pouvons détruire sélectivement les cellules tumorales.

P Peut-il également être utilisé dans les processus neurodégénératifs ?

R Nous avons étudié dans ce sens, même si c’est encore un peu vert. Nous avons fait un travail qui a besoin d’être poursuivi et d’un financement spécifique. Ce que nous avons fait, c’est chercher une manière différente d’utiliser les nanoparticules d’or pour voir l’évolution de la formation des fibres amyloïdes, qui sont les agrégats des protéines du même nom et qui sont liées aux processus neurodégénératifs. Nous avons détecté des signaux dans des échantillons issus de cerveaux fournis par la biobanque et ils étaient différents s’ils provenaient de personnes ayant souffert de la maladie de Parkinson ou d’une autre personne décédée d’une autre maladie sans rapport avec ces processus dégénératifs. Mais nous ne sommes pas encore allés beaucoup plus loin dans cette direction parce que nous n’avons pas le temps matériel ni les fonds adéquats.

P Et les nanomatériaux pourraient-ils être utilisés dans des processus infectieux ?

R. Nous utilisons des techniques similaires pour, dans ce cas, écouter comment les bactéries se parlent. Ceci est lié à certaines molécules que les bactéries libèrent ou reconnaissent avec certaines protéines membranaires. Avec cela, vous pouvez savoir combien de bactéries ils ont autour. C’est un mécanisme connu sous le nom de détection de quorum, c’est-à-dire que les bactéries, avec cette forme de communication, peuvent savoir si dans leur colonie elles ont quorum pour faire une certaine fonction. Nous pouvons détecter de très faibles concentrations, dans les premiers stades de la communication, et même étudier in vitro, sans affecter le comportement des bactéries, comment la présence d’un type de bactéries affecte les processus qui se déroulent dans une famille bactérienne différente placée à quelques millimètres de distance. La capacité à détecter la croissance bactérienne avec ces méthodes est très bonne. Nous poursuivons les recherches dans ce sens.

P Est-ce à dire qu’ils espionnent les bactéries pour connaître leur intention ?

R Voilà. Pour la détection, nous essayons de les écouter sans qu’ils sachent que nous sommes là car s’ils détectent qu’il y a des corps étrangers, ils pourraient agir différemment. Mais si nous voulions les affecter, nous pourrions ajouter des nanoparticules, les illuminer avec le laser et également remplir cette fonction de chauffage et de destruction. En cela, nous devons être prudents car, bien que nous sachions que les particules avec lesquelles nous travaillons ne sont pas toxiques, chaque fois que la possibilité d’exercer une fonction thérapeutique en injectant des nanoparticules est envisagée, d’autres aspects doivent être pris en considération, comme, par exemple, ce que se produit avec ces nanoparticules après avoir rempli la fonction thérapeutique.

P Y a-t-il des effets secondaires dans l’application du laser avec des nanoparticules ?

R Selon l’intensité du laser, des processus indésirables pourraient être générés dans le corps. C’est quelque chose que nous étudions en détail. Nous pouvons réguler les conditions d’éclairage nécessaires pour le chauffer suffisamment pour tuer les cellules que vous voulez détruire, mais sans aller trop loin, donc il n’y a pas ces effets secondaires. En revanche, reste la question de savoir ce qu’il advient des nanoparticules qui ne se trouvent pas normalement dans l’organisme. Il faut voir s’il peut les libérer ou s’ils peuvent être libérés en quantité suffisamment faible pour que, même s’ils y restent, rien ne se passe. Nous utilisons des nanoparticules d’or pour le diagnostic depuis les années 1960 et, au cours des deux dernières années, nous les avons utilisées dans pratiquement toute la population dans les tests antigéniques, où les lignes qui indiquent si le test est positif ou négatif doivent être à l’accumulation de des nanoparticules d’or qui portent les anticorps spécifiques pour reconnaître les antigènes. Également dans les tests de grossesse, qui utilisent des particules d’or pour détecter la présence de l’hormone caractéristique de la grossesse.

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