Microscopie de cellules vivantes à des niveaux d’oxygène définis
Lorsque nous respirons, nous inhalons l’oxygène atmosphérique avant que celui-ci ne soit ensuite transporté par le sang vers le corps pour faciliter la production d’énergie. Les niveaux normaux d’oxygène dans les tissus oscillent entre 4 et 9 %, un pourcentage bien inférieur aux niveaux atmosphériques (21 %). Des niveaux d’oxygène supérieurs (hyperoxie) ou inférieurs (hypoxie) au seuil normal peuvent être nuisible pour les cellules et les tissus. C’est notamment le cas de l’ischémie, qui est susceptible de provoquer une crise cardiaque ou de l’acidification des muscles pendant l’exercice. Les gros cancers solides sont aussi généralement hypoxiques en raison d’une mauvaise vascularisation, ce qui compromet grandement les chances de réussite du traitement.
Une nouvelle chambre de microscopie pour adapter les niveaux d’oxygène
Les essais cellulaires sont régulièrement utilisés dans les processus de découverte de médicaments, vitaux pour répondre aux besoins médicaux croissant de notre société. Ces études sont majoritairement réalisées à l’aide de méthodes de microscopie de cellules vivantes avec de puissants colorants rapporteurs fluorescents permettant de visualiser des signaux individuels dans des cellules vivantes en temps réel et à haute résolution. Elles sont toutefois menées dans des conditions d’oxygène ambiantes, considérées comme hyperoxiques pour les cellules. Entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (MSCA), le projet MICROX proposait de mettre au point une chambre de microscopie étanche qui permettrait aux chercheurs de travailler à des niveaux d’oxygène définis de manière arbitraire. «Notre objectif était de reproduire les conditions in vivo des cellules et des tissus et d’améliorer la pertinence et la précision des essais cellulaires», explique Kees Jalink(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordinateur du projet. Il s’est avéré assez difficile de créer des conditions hypoxiques pures sur un microscope tout en assurant un bon accès aux cellules de manière à pouvoir ajouter des hormones et des médicaments afin d’étudier les mécanismes de signalisation. La chambre de microscopie proposée a été mise au point et utilisée avec succès dans le cadre d’expériences de routine à différents niveaux d’oxygène. Cette configuration permet de modifier les conditions gazeuses (oxygène, azote, dioxyde de carbone) en quelques minutes, créant ainsi une hypoxie absolue avec des niveaux d’oxygène fiables inférieurs à 0,5 %. La configuration MICROX se montre clairement plus performante que les solutions disponibles dans le commerce.
Une signalisation cellulaire à des niveaux d’oxygène différents
Les chercheurs ont également validé la fonctionnalité des capteurs fluorescents disponibles dans des conditions d’hypoxie et ont étudié l’incidence de différents niveaux d’oxygène sur les événements essentiels de la signalisation cellulaire. Leurs travaux se sont concentrés sur l’adénosine monophosphate 3’,5’-cyclique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (cAMP), un nucléotide qui agit en tant que second messager clé dans de nombreuses voies de transduction du signal, convertissant les signaux extracellulaires reçus par les récepteurs de surface cellulaire en signaux intracellulaires. Le cAMP a un cycle de vie rapide et régule une série de fonctions cellulaires, notamment la croissance et la différenciation des cellules, la transcription des gènes et l’expression des protéines. Olga Kukk, boursière MSCA, explique: «Bien que l’hypoxie à long terme active le facteur 1 inductible par l’hypoxie et module la transcription des gènes, nous avons formulé l’hypothèse selon laquelle l’effet immédiat (de quelques secondes à plusieurs heures) de l’hypoxie sur la signalisation cellulaire ne dépendrait pas de la transcription.» Étonnamment, les chercheurs n’ont pas été en mesure de vérifier cette hypothèse dans les différents systèmes de signalisation rapide qu’ils ont étudiés, n’observant aucune altération apparente des signaux.
La promesse de la microscopie MICROX dans la découverte de médicaments
La configuration de la microscopie MICROX peut s’adapter complètement aux conditions atmosphériques, une étape importante dans l’établissement d’essais cellulaires physiologiques pour le criblage de composés biologiquement actifs. En outre, elle devrait contribuer à la recherche sur les événements dynamiques dans les cellules vivantes, qui exige une résolution temporelle et spatiale extrêmement fine.
