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Évolutif et adaptable, TETRIS capture la diversité des interactions protéiques sur place pour éclairer des diagnostics précis du cancer, permettant la personnalisation des traitements ultérieurs.
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De gauche à droite : le professeur associé Brian Lim, le Dr Noah Sundah, le Dr Liu Yu et le professeur associé Shao Huilin. L’équipe NUS a développé une nouvelle technologie qui cartographie diverses interactions protéiques pour démasquer les cellules cancéreuses insidieuses. Cela permet des diagnostics plus précis et des thérapies ciblées.
Une équipe de chercheurs de Institut NUS pour l’innovation et la technologie de la santé (iHealthtech), dirigé par le professeur agrégé Shao Huilin et le professeur agrégé Brian Lim, a développé une technologie unique en son genre pour cartographier diverses interactions protéiques dans les cellules à l’aide de codes-barres ADN.
De plus, TETRIS fournit des informations vitales à partir desquelles les médecins peuvent adapter les stratégies thérapeutiques à chaque patient. Par exemple, l’identification des protéines spécifiques et de leurs interactions qui contribuent à la croissance du cancer peut conduire à des thérapies ciblées qui améliorent les résultats pour les patients.
Les découvertes de l’équipe ont été publiées dans la revue scientifique Génie biomédical naturel le 19 juin 2024. Les premiers auteurs de l’étude sont le Dr Liu Yu et le Dr Noah Sundah, tous deux chercheurs de NUS iHealthtech.
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Un échantillon du kit de diagnostic TETRIS. Il exploite les codes-barres ADN pour démêler et cartographier les interactions protéiques complexes au sein des cellules tumorales, atteignant ainsi une précision sans précédent dans le diagnostic et le sous-typage des cancers en quelques heures seulement.
Démasquer les cellules cancéreuses insidieuses
Les protéines sont responsables de presque tous les processus fondamentaux de la vie. Comprendre comment ces éléments constitutifs de la vie interagissent les uns avec les autres est une facette essentielle de la biologie et de la médecine. En effet, les protéines interagissent largement les unes avec les autres pour piloter des fonctions et des activités importantes en matière de santé et de maladie. Décrypter ces interactions peut non seulement conduire à de meilleures prédictions du comportement cellulaire, mais également avoir des applications cliniques de grande envergure, allant de l’amélioration du diagnostic des maladies au développement de méthodes plus efficaces. stratégies thérapeutiques.
Les méthodes actuelles pour étudier ces interactions présentent cependant des limites telles que des résultats erronés et un profilage incomplet des interactions protéiques, entre autres. L’approche de référence – les tests hybrides levure-deux – nécessite une manipulation génétique et se limite à des interactions binaires par paires, ce qui la rend impropre aux échantillons cliniques. Une autre méthode courante – la protéomique basée sur la spectrométrie de masse – manque souvent des interactions faibles en raison d’un traitement approfondi des échantillons et reste binaire dans son évaluation.
Dans l’ensemble, ces méthodes ne parviennent pas à capturer le spectre complet des interactions protéiques, en particulier celles d’ordre supérieur où plusieurs protéines interagissent pour former de grands assemblages fonctionnels ; les changements dans les interactions protéiques d’ordre supérieur sont souvent liés à des types de cancer plus agressifs.
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TETRIS surpasse les méthodologies actuelles d’analyse des interactions protéiques car il capture à la fois les interactions protéiques par paire et d’ordre supérieur, offrant ainsi une compréhension plus complète des mécanismes de la maladie et permettant des diagnostics plus rapides et plus précis.
Les chercheurs du NUS se sont tournés vers la nanotechnologie de l’ADN pour trouver une solution. “L’ADN est un matériau programmable et peut être utilisé pour coder des informations riches tout en ayant des interactions prévisibles, ce qui nous permet de créer des architectures sophistiquées avec un contrôle spatial précis à l’échelle nanométrique”, a déclaré le professeur associé Shao, qui a dirigé la conception de TETRIS. Elle est également du Département de génie biomédical sous la direction Collège de conception et d’ingénierie à la NUS.
Exploitant les avantages de la nanotechnologie de l’ADN, TETRIS exploite les structures moléculaires hybrides comme codeurs intelligents pour cartographier les interactions protéiques directement dans les échantillons des patients. Chaque codeur contient un anticorps reconnaissant la cible et un code-barres ADN basé sur un modèle. En action, les codeurs se lient non seulement aux protéines en interaction, mais leurs codes-barres sont également fusionnés bilatéralement avec ceux de leurs unités voisines. Les codes-barres résultants capturent ainsi toutes les informations – identité moléculaire et relation spatiale – et peuvent être utilisés pour décoder de nombreuses interactions protéiques. Contrairement aux méthodes actuelles, TETRIS mesure les interactions protéiques par paires et d’ordre supérieur, fournissant ainsi une image complète de l’interactome complexe des protéines.
« Considérez les protéines comme des délégués à une conférence scientifique. Chaque délégué repère un badge avec un code-barres unique. Lorsqu’ils interagissent ou « se serrent la main », TETRIS capture ces interactions en reliant leurs codes-barres entre eux. Cela crée une chaîne d’interactions que nous pouvons ensuite lire et décoder via des algorithmes. Tout comme voir qui discute avec qui lors de la conférence, TETRIS nous permet de voir comment les protéines interagissent au sein des cellules, nous fournissant ainsi une lentille à travers laquelle nous pouvons comprendre et diagnostiquer les maladies plus efficacement », a déclaré le professeur Assoc Lim, qui a dirigé le développement de algorithmes utilisés pour traiter les données collectées par TETRIS. Il est également issu du Département d’informatique sous la direction École d’informatique NUS.
Une caractéristique remarquable de TETRIS réside dans sa capacité à effectuer le codage et le décodage sur site des interactions protéiques directement dans les échantillons cliniques. La technologie a été testée sur des biopsies de tissus humains atteints de cancer du sein, à partir desquelles elle a diagnostiqué avec précision les sous-types de cancer et révélé des interactions protéiques d’ordre supérieur associées à l’agressivité du cancer.
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TETRIS est conçu pour être évolutif et adaptable. La technologie peut être facilement intégrée aux infrastructures de laboratoire et aux flux de travail cliniques existants, avec des applications potentielles s’étendant au-delà du cancer à d’autres maladies.
Transformer l’avenir des soins de santé
TETRIS fournit une image plus détaillée et plus précise des fondements moléculaires des maladies – une aubaine pour le diagnostic et le traitement du cancer. Les changements dans les interactions protéiques d’ordre supérieur, caractéristiques des cancers agressifs, peuvent être plus facilement détectés, conduisant ainsi à des décisions cliniques plus éclairées et personnalisées.
De plus, TETRIS est conçu dans un souci d’évolutivité et d’adaptabilité. La technologie peut traiter un grand nombre d’échantillons et générer rapidement des résultats en utilisant l’infrastructure de laboratoire existante, ce qui lui permet d’être intégrée aux flux de travail cliniques de routine avec un minimum de perturbations. Par exemple, la technologie peut être utilisée dans un cabinet médical, où les échantillons obtenus par aspiration à l’aiguille fine – une biopsie plus sûre et peu invasive – peuvent être rapidement analysés pour éclairer les décisions de traitement.
Les chercheurs du NUS prévoient d’étendre l’application de TETRIS à d’autres types de cancers et de maladies neurologiques, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux outils de diagnostic et à des interventions thérapeutiques pour un large spectre de maladies. L’équipe a déposé deux brevets pour cette technologie et espère commercialiser l’innovation.
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