Les diamants deviennent les meilleurs amis des virologues
Les radicaux libres sont des molécules possédant un ou plusieurs électrons non appariés dans leur enveloppe extérieure; elles sont moins stables et présentent une plus grande réactivité. Les radicaux libres comprennent généralement les espèces réactives de l’oxygène (ROS) et les espèces réactives de l’azote (RNS), qui, à de faibles niveaux, ont des effets bénéfiques sur certains processus cellulaires tels que les réponses immunitaires. Par exemple, les phagocytes libèrent des radicaux libres pour tuer les agents pathogènes envahissants dans le cadre du mécanisme de défense de l’organisme. L’oxyde nitrique sert de messager intercellulaire dans d’importantes cascades de signalisation cellulaire et peut moduler le flux sanguin. Cependant, il existe des rapports contradictoires concernant le rôle des radicaux libres dans la pathogénicité des virus. Il est donc nécessaire de procéder à une analyse plus détaillée de la cinétique de l’infection virale par les radicaux libres à haute résolution spatio-temporelle.
La magnétométrie à base de diamant pour mesurer les radicaux libres
Le projet MagnetoVirology, entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA), a étudié les interactions des radicaux libres avec les virus. La recherche s’est concentrée sur le virus de la forêt de Semliki, habituellement rencontré en Afrique. «Notre principal objectif était de mesurer la charge en radicaux libres pendant l’infection virale, en utilisant la méthodologie très prometteuse de la magnétométrie à base de diamant», explique Romana Schirhagl, qui a accueilli le projet au département d’ingénierie biomédicale du centre médical universitaire de Groningue. Cette technique s’appuie sur les propriétés des diamants: habituellement, ceux-ci sont constitués d’atomes de carbone liés chacun à quatre autres carbones pour former un réseau cristallin. Lorsqu’un carbone du cristal est remplacé par un atome d’azote, et que le carbone adjacent est absent, cela donne lieu à un centre azote-lacune (NV, pour nitrogen-vacancy), qui peut être exploité dans des applications biomédicales. Le centre NV possède des propriétés optiques et peut être excité par un laser vert pour émettre de la lumière rouge. L’intensité de la luminescence des particules de diamant dépend du nombre de centres NV présents. Les radicaux libres présentent une courte durée de vie et une forte réactivité, et s’avèrent difficiles à mesurer à l’aide des techniques conventionnelles. «La magnétométrie à base de diamant offre une sensibilité et une résolution inégalées, ainsi que la possibilité d’effectuer des mesures en temps réel de longue durée; elle nous donne également la possibilité de visualiser la manière dont la cellule est stressée par la charge virale», souligne Romana Schirhagl.
Évaluation et diagnostic dans les cellules vivantes
Les chercheurs ont réussi à mesurer les radicaux libres in vitro dans des cellules infectées. En outre, dans des échantillons de liquide synovial de patients atteints d’arthrite, ils ont pu différencier les types d’infection. Les efforts futurs porteront sur la mise en œuvre de la magnétométrie à base de diamant pour évaluer la gravité des infections par des virus pulmonaires. MagnetoVirology fait – pour la première fois – la démonstration réussie d’une application de la magnétométrie à base de diamant en virologie, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles possibilités d’exploitation médicale ou pharmaceutique. Romana Schirhagl note: «La technique elle-même est assez nouvelle et la faire fonctionner dans un environnement biologique où nos capteurs se déplacent a été un véritable exploit.» Les améliorations technologiques en cours concernant la vitesse d’acquisition sont entreprises par la société dérivée du projet, Diamond Sense, qui envisage de mettre en œuvre la magnétométrie à base de diamant dans le secteur du diagnostic. Outre une meilleure compréhension des maladies, cette approche peut aider à étudier l’impact d’un virus ou la façon dont nous réagissons mieux à un médicament. Les entreprises pharmaceutiques peuvent également la trouver utile à des fins de développement de médicaments, pour associer l’efficacité d’un médicament à la charge en radicaux libres dans les cellules infectées.
Mots‑clés
MagnetoVirology, magnétométrie à base de diamant, virus, infection, radicaux libres
