Un nouvel outil pour analyser les plaquettes sanguines présente un potentiel médical majeur

Une nouvelle technique permettant de tester la fonction plaquettaire dans un échantillon de sang d'une personne est plus rapide, plus simple et plus précise que les méthodes actuellement utilisées, selon une étude expérimentale.

Génie biomédical naturel a publié la recherche menée par des scientifiques de l’Université Emory.

Les chercheurs ont démontré la preuve de concept de la technique, qui fournit le premier examen détaillé des forces moléculaires générées par les plaquettes activées dans les échantillons de sang des patients.

Les résultats de l'étude montrent que la technologie offre le potentiel d'évaluer les effets des médicaments antiplaquettaires sur les individus et d'obtenir une image plus claire des risques hémorragiques pour les patients subissant un pontage cardio-pulmonaire.

La technique ne nécessite qu’une goutte de sang environ pour effectuer les tests, par rapport à la cuillère à soupe nécessaire pour les tests actuels. Cette ultrasensibilité pourrait faire de cette technologie un outil précieux pour le diagnostic des bébés souffrant de troubles plaquettaires congénitaux rares.

Cette percée est basée sur des sondes de tension d'ADN synthétique développées il y a plus de dix ans dans le laboratoire de Khalid Salaita, professeur au département de chimie d'Emory et au département de génie biomédical de Wallace H. Coulter à Emory et Georgia Tech.

“Le rêve d'un scientifique”

Les sondes de tension peuvent détecter des forces cellulaires de l’ordre de quelques piconewtons, soit environ un milliard de fois inférieures au poids d’un trombone. Les chercheurs ont trouvé un moyen d’amplifier le signal des sondes en exploitant la puissance d’une enzyme connue sous le nom de 12a associée à CRISPR. Le signal mécanique est ensuite détecté à l’aide d’un lecteur de plaques, un outil couramment utilisé dans les tests cliniques.

“Ce projet est né d'une simple curiosité”, explique Salaita, co-auteur correspondant. “Nous voulions savoir si nous pouvions mesurer les plus petites forces exercées par les cellules. C'est passionnant que nous nous appuyions désormais sur cette curiosité fondamentale pour développer des outils de diagnostic pour aider les patients. C'est le rêve d'un scientifique.”

Le premier auteur de l'article est Yuxin Duan, chercheur postdoctoral de l'American Heart Association au laboratoire de Salaita.

Roman Sniecinski, professeur au département d'anesthésiologie de l'Emory School of Medicine et expert de premier plan dans le domaine de la coagulation périopératoire, est l'auteur co-correspondant de l'article.

“La fonction plaquettaire en général est importante, et pourtant les outils dont nous disposons actuellement pour la mesurer sont relativement primitifs”, explique Sniecinski. “Cette nouvelle technique offre un moyen plus simple, plus rapide et moins coûteux de mesurer la fonction plaquettaire tout en nous fournissant des informations clés que nous n'avions pas auparavant.”

L'importance des plaquettes

Les plaquettes sont des fragments de cellules sanguines incolores en forme de disque dont le rôle est de se lier au site d'un vaisseau sanguin blessé pour arrêter le saignement. Dans certains cas, cependant, les plaquettes peuvent ne pas fonctionner de manière optimale. Lorsque les plaquettes sont faibles ou moins actives que ce qui est optimal, le sang peut ne pas coaguler correctement, entraînant des saignements incontrôlés. Mais si les plaquettes sont « hyperactives », elles peuvent devenir trop collantes et provoquer des caillots sanguins spontanés pouvant entraîner une crise cardiaque ou un accident vasculaire cérébral.

La régulation de la fonction plaquettaire est particulièrement essentielle pour les personnes présentant un risque plus élevé de développer certaines pathologies. Les médicaments antiplaquettaires, tels que le clopidogrel, le ticagrélor et même l'aspirine, comptent parmi les médicaments les plus couramment prescrits aux États-Unis. Cependant, chez certains patients, ces médicaments peuvent ne pas fonctionner correctement, et des ajustements de dose ou le passage à un autre médicament pourraient mieux aider à prévenir les crises cardiaques.

Lors d’une chirurgie cardiaque, la fonction plaquettaire devient encore plus dérégulée. L'équipe de la salle d'opération doit effectuer un exercice d'équilibrage consistant à empêcher le sang de coaguler pendant la circulation extracorporelle, puis à recourir à des interventions procoagulantes, notamment des transfusions de plaquettes, pour arrêter le saignement une fois l'intervention chirurgicale terminée. Cela peut être difficile car l’utilisation de l’appareil de pontage cardio-pulmonaire peut stresser et affaiblir les plaquettes sanguines.

“Pendant des décennies, des gens ont écrit dans la littérature scientifique sur ce problème de dysfonctionnement plaquettaire lors d'une chirurgie cardiaque”, explique Sniecinski, “mais il est vraiment difficile de le mesurer avec les outils que nous utilisons. Et comme nous n'avons pas été capable de bien mesurer la fonction plaquettaire, cela a rendu difficile son étude efficace.

“Une petite partie du tableau”

L'agrégométrie est un outil standard actuellement utilisé pour évaluer la fonction plaquettaire. Il mesure la vitesse et le degré auquel les plaquettes d’un échantillon de sang s’agglutinent ou s’agrègent.

“Ces données ne fournissent qu'une petite partie de l'image de la fonction plaquettaire, et ce n'est pas la partie la plus intéressante”, explique Sniecinski.

Lorsqu'une plaquette est activée, explique-t-il, elle change de morphologie et fait pousser de minuscules pseudo « bras ». Les plaquettes utilisent ces bras pour s'agripper aux chaînes de protéines présentes dans le sang, appelées fibrinogène, pour former des caillots.

“L'agrégométrie vous indique que les plaquettes s'agglutinent”, explique Sniecinski. “Mais cela ne vous renseigne pas sur leur niveau d'activation, la quantité de force qu'ils utilisent pour retenir les autres protéines de la coagulation, ainsi que les unes sur les autres.”

Amplifier le signal

Le laboratoire Salaita est un leader dans la visualisation et la mesure des forces mécaniques appliquées par les cellules à l'aide de sondes de tension constituées de brins synthétiques d'ADN double brin attachés à une surface.

Les doubles brins d’ADN peuvent être programmés pour se lier aux cellules plaquettaires. Lorsque les cellules se lient et appliquent une force à l’ADN ancré, l’ADN se divise en deux brins, laissant un brin collé à la surface. Le remorqueur physique résultant est converti en un signal fluorescent.

Toutefois, un défi majeur dans la lecture de ce signal est que ces tiraillements physiques sont faibles, fugaces et peu fréquents. Ils nécessitent un microscope pour les détecter.

Pendant la pandémie de COVID-19, l’enzyme CRISPR 12a, ou Cas12a, s’est imposée comme outil de diagnostic du virus SARS-CoV-2. Les bactéries utilisent Cas12a pour se défendre contre les phages ou les virus qui attaquent les bactéries. L'enzyme Cas12a peut être chargée d'un ARN « guide » simple brin programmé pour se lier à un ADN simple brin complémentaire. L’enzyme réagit ensuite à l’ADN simple brin en détruisant les autres ADN simple brin qui l’entourent.

Le laboratoire Salaita a décidé de combiner Cas12a avec ses sondes de tension pour voir si l'enzyme pourrait amplifier le signal des forces mécaniques exercées par les plaquettes sanguines. Le laboratoire a développé ce qu’il appelle le capteur de tension assisté Mechano-Cas12a, ou MCATS.

“Cela a fonctionné à merveille”, dit Salaita.

“Cas12a est silencieux et inactif s'il ne voit pas sa cible”, explique-t-il. “Mais dès qu'il voit un ADN simple brin spécifique, il devient fou et commence à détruire tout ADN simple brin qu'il rencontre. Cette activation génère un signal de fluorescence massif.”

MCATS est précis et ultrasensible, capable de mesurer les forces de traction cellulaire générées par seulement 2 000 plaquettes dans un échantillon. Le signal résultant est suffisamment robuste pour être mesuré via un fluoromètre conventionnel, un outil couramment utilisé dans les analyses sanguines de routine.

MCATS fonctionne également avec un lecteur de plaques, un instrument conçu pour traiter des dizaines d'échantillons simultanément, pour le type de lecture à haut débit nécessaire à la recherche.

Tester son potentiel clinique

Pour tester l’efficacité du MCATS dans la mesure de l’activité de la fonction plaquettaire, les chercheurs ont prélevé des échantillons de sang auprès de donneurs volontaires en bonne santé. Ils ont d'abord validé que la réponse du MCATS était sensible aux forces mécaniques des plaquettes.

Ils ont ensuite ajouté aux échantillons de sang sain différents médicaments antiplaquettaires, allant de l'aspirine en vente libre à un panel de différents médicaments sur ordonnance. Les résultats du MCATS ont montré que les thérapies antiplaquettaires réduisaient l’activité mécanique des plaquettes d’une quantité similaire à la réduction observée en agrégométrie.

Les chercheurs ont également reçu l'autorisation de prélever des échantillons de sang pour enquête sur sept patients avant et après un pontage cardio-pulmonaire. Les résultats ont montré que les lectures MCATS de l'activité plaquettaire de l'échantillon de chaque patient étaient corrélées à la probabilité qu'il ait besoin de transfusions de plaquettes pour minimiser les saignements après la chirurgie.

Les chercheurs recrutent actuellement des participants à une étude prospective pour explorer davantage le MCATS en tant qu'outil de diagnostic. Les personnes diagnostiquées avec un trouble plaquettaire feront analyser leurs échantillons de sang avant et après le traitement pour évaluer l'efficacité d'un traitement.

“En fin de compte, le MCATS est une toute nouvelle façon de mesurer la fonction plaquettaire à l'aide d'un très petit échantillon”, explique Sniecinski. “Cela nous révèle quelque chose de spécifique que nous n'avions pas pu mesurer auparavant, et cela peut nous donner une nouvelle façon de comprendre ce qui se passe avec le dysfonctionnement plaquettaire et les meilleures méthodes pour le contrôler.”

“Le bilan sanguin vous donne une lecture de base de votre santé basée sur des données telles que la numération plaquettaire et les concentrations métaboliques”, ajoute Salaita. “Nous ajoutons désormais des informations sur la mécanique des plaquettes. C'est comme si vous aviez un tout nouveau cadran sur votre tableau de bord pour surveiller votre santé.”