Des billes magnétiques recouvertes d’acide tannique pourraient faciliter le diagnostic précoce du cancer

Les chercheurs ont synthétisé des billes magnétiques recouvertes d’acide tannique capables d’extraire des vésicules membranaires appelées « exosomes » à partir de fluides biologiques avec une efficacité de 60 %. Cette nouvelle méthode facilitera et accélérera l’isolement des exosomes à partir d’échantillons de laboratoire, tandis que la composition chimique des exosomes aidera à détecter le cancer à ses débuts. L’étude a été publiée dans le Journal de chimie des matériaux B.

Les cellules du corps humain « communiquent » par l’intermédiaire d’exosomes, de minuscules vésicules membranaires libérées dans l’espace intercellulaire et transportant des protéines, des graisses, des acides nucléiques et d’autres molécules. Étant donné que le contenu des exosomes reproduit la composition chimique de la cellule dont ils se séparent, ils peuvent être utilisés comme marqueurs moléculaires pour identifier diverses maladies. Par exemple, la présence dans les exosomes de protéines et d’ARN typiques des cellules cancéreuses est une preuve irréfutable d’un cancer naissant.

Cependant, les diagnostics basés sur les exosomes ne sont pas encore largement utilisés en pratique clinique car ces vésicules sont aussi petites que des virus et donc difficiles à isoler. Une approche récemment proposée utilise des billes magnétiques pour capturer des exosomes à partir d’échantillons biologiques, comme le sang.

La surface des billes est recouverte de molécules, comme des anticorps, qui se lient spécifiquement aux exosomes et les maintiennent en place. Les complexes billes-exosomes sont ensuite extraits de l’échantillon biologique à l’aide d’un aimant. Cependant, cette approche s’est avérée plutôt inefficace, ce qui a incité les chercheurs à améliorer la capacité des billes à se lier aux exosomes.

Une équipe conjointe de l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo, de l’Université d’État Lomonossov de Moscou et du Centre national de recherche médicale Koulakov pour l’obstétrique, la gynécologie et la périnatologie du ministère russe de la Santé a amélioré les billes magnétiques en appliquant une couche d’acide tannique sur leur surface.

Les chercheurs ont synthétisé des billes d’oxyde de fer et de carbonate de calcium (la craie et le marbre sont les formes les plus courantes de ce dernier) puis ont recouvert leur surface d’une couche de polyvinylpyrrolidone et de polymères de polyallylaminohydrochlorure ou d’albumine, qui se lient spécifiquement aux exosomes. Enfin, les complexes obtenus ont été retenus dans de l’acide tannique qui s’est déposé à la surface avec les autres molécules.

Les chercheurs ont placé les billes magnétiques dans une solution contenant une quantité prédéterminée d’exosomes pour évaluer l’efficacité de la liaison, puis ont retiré les billes avec un aimant et mesuré la quantité restante de vésicules membranaires.

Ils ont constaté que les billes recouvertes d’acide tannique capturaient 50 à 60 % des exosomes, selon le type de la seconde molécule du revêtement (polymère ou albumine). D’autres échantillons recouverts uniquement de polymères ou d’albumine ont montré une efficacité de seulement 34 %.

Les billes recouvertes d’acide tannique ont obtenu de meilleurs résultats car l’acide a formé des liaisons hydrogène avec les graisses et les protéines à leur surface, agissant comme un point d’ancrage supplémentaire pour les exosomes. L’acide tannique aide également à former des complexes entiers, avec des vésicules membranaires adhérant aux billes et les unes aux autres, permettant d’en extraire davantage de la solution.

L’efficacité de la capture des exosomes obtenue par l’équipe est comparable à la qualité de la méthode de chromatographie d’exclusion largement utilisée mais extrêmement fastidieuse, dans laquelle les exosomes sont tamisés à travers une couche de gel pour les séparer des autres composants du liquide. La nouvelle approche prend également moins de temps (2,5 heures au lieu de 4 heures), ce qui accélérera l’ensemble de la procédure et permettra son utilisation plus large dans la pratique clinique.

« À l’avenir, l’utilisation généralisée de l’analyse de la composition chimique des exosomes contribuera à faciliter le diagnostic précoce de divers types de cancer. À l’avenir, nous prévoyons d’améliorer la structure de surface des billes magnétiques pour augmenter encore leur efficacité », a déclaré Alexey Yashchenok, professeur associé au Skoltech Photonics Center et responsable du projet.