Biotechnologie et biomédical

La phosphorescence du tryptophane dans les molécules protéiques suscite un intérêt croissant en tant que sonde de la dynamique et de la structure des protéines. La durée de vie de la phosphorescence du tryptophane, τ, varie selon l'environnement local et la conformation de la protéine.

L'échantillon décrit ici était constitué de fragments d'ADN de 35 bases greffés au thiol et déposés sur une épaisse couche d'or. Bien que cette expérience puisse être réalisée à l'air libre, il est important d'étudier ces échantillons dans une configuration de biocapteur, permettant de caractériser l'interaction souhaitée entre l'ADN greffé et différentes solutions d'analyte. Les performances de l'ellipsomètre à modulation de phase spectroscopique UVISEL permettent une étude très sensible et sélective de la cinétique et de la quantification de ces interactions.

Cette note d'application démontre que la plateforme SPRi HORIBA est adaptée à l'analyse des interactions moléculaires basées sur les aptamères. À cette fin, l'interaction entre la protéine IgE humaine, un anticorps impliqué dans les réactions allergiques, et un aptamère spécifique des IgE humaines4 est présentée comme preuve de concept.

Description des avantages de la combinaison de l'utilisation de puces à peptides avec une détection directe sans marquage telle que réalisée par imagerie SPR (SPRi).

Alors que les biopuces dédiées à l'analyse cellulaire ont suscité un intérêt pour le développement de nouveaux outils à des fins de diagnostic et de recherche, la technologie des microarrays joue un rôle crucial dans la détection des interactions ; De plus, la détection optique par imagerie de résonance plasmonique de surface (SPRi) combine les deux techniques et présente un grand intérêt pour la mesure directe en temps réel de la liaison sans marquage à la surface cellulaire.

La diffusion Raman exaltée de surface (SERS) est une  technique d'analyse puissante basée sur la plasmonique pour la biodétection. L'effet SERS repose sur des nanostructures conçues pour maximiser les facteurs d'exaltation et la spécificité moléculaire. Outre la modélisation numérique, un outil analytique capable d'imager l'exaltation localisée constitue une valeur ajoutée.

Les approches de couplage de la SPR à la LC-MS et à la spectrométrie de masse basée sur ProteinChip (SELDI) comme moyen d'identifier les protéines capturées sur les surfaces d'ADN ont été comparées.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), la plus grande famille de protéines membranaires intégrales, participent à la régulation de nombreuses fonctions physiologiques et constituent l'une des cibles thérapeutiques les plus prometteuses pour un large éventail de maladies (environ 30 % des médicaments actuellement commercialisés). Cependant, malgré leur potentiel pharmacologique, la majorité des RCPG ne disposent pas de ligands cliniquement utilisables. Extrêmement hydrophobes, les RCPG sont caractérisés par sept hélices α transmembranaires. Ces récepteurs nécessitent un environnement lipidique pour maintenir leur structure, leur conformation et leur activité natives. Dans les tissus natifs, les RCPG sont généralement exprimés à de faibles niveaux.

L'utilisation de molécules de faible poids moléculaire dans les industries de la découverte de médicaments et de l'agroalimentaire est devenue de plus en plus importante au cours d'un siècle de recherche sur les médicaments et de développement scientifique dans l'agriculture et dans le domaine pharmaceutique.

Parmi les biocapteurs de fluorescence possibles pour la surveillance et l’imagerie médicales et biochimiques figurent les flavonoïdes, des composés présents dans de nombreuses plantes et leurs produits, tels que le thé, le chocolat et le vin rouge.

Cette application met en évidence le développement d'une puce à oligosaccharides (fonctionnalisation de surface, densité d'immobilisation, longueur de bras espaceur) sur la même plateforme SPRi, utilisant des polymères conducteurs. Ces résultats sont illustrés par l'exemple des interactions entre HS et la chimiokine SDF-1 α.

Bien que l'échelle de temps de la fluorescence soit bien adaptée au suivi de nombreux processus biologiques, il est souvent nécessaire de surveiller ces processus sur des échelles de temps plus longues.

Les gènes peuvent muter de différentes manières. La mutation la plus simple consiste en la modification d'une seule base dans la séquence d'un gène donné (un peu comme une faute d'orthographe dans un mot). Dans d'autres cas, une ou plusieurs bases peuvent être ajoutées ou supprimées. Il arrive aussi que des segments d'une molécule d'ADN soient accidentellement répétés, supprimés ou déplacés.

Notre technologie SPRi (imagerie par résonance plasmonique de surface) permet de mesurer des interactions biologiques multiplexées et sans marquage dans un milieu complexe tel que le sérum. Nous démontrerons sa capacité à suivre les interactions spécifiques entre des peptides immobilisés et des protéines issues de sérums immuns non purifiés, grâce à une chimie de surface SAM (séquence auto-assemblée) de cystamine/glutaraldéhyde déposée sur la surface de la biopuce.

La prévalence des allergies dans le monde se situe entre 30 et 40 %. Malgré l'existence de traitements médicaux tels que les antihistaminiques et la désensibilisation, ce chiffre est en constante augmentation. Ainsi, dans cette note d'application, l'identification et la caractérisation chimique des aéroallergènes par microscopie Raman permettront de prévenir les personnes souffrant d'allergies respiratoires de la présence de ce type d'allergènes dans l'air intérieur et extérieur.

Plus de 20 % de la population européenne souffre d'allergies respiratoires. De nombreux facteurs peuvent être à l'origine de ces dysfonctionnements immunitaires. Cette étude de faisabilité vise à démontrer que l'imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRi) est une technique adaptée à la détection des allergènes.

La caractérisation d'échantillons protéiques par spectroscopie de fluorescence est fondamentale pour faire progresser notre compréhension de la structure, des interactions et de la dynamique biomoléculaires, éléments essentiels à la découverte de médicaments, à la biophysique et à la biologie cellulaire. Cependant, les chercheurs sont confrontés à des défis persistants.

HORIBA fournit à l'industrie pharmaceutique, aux sociétés de biotechnologie et aux laboratoires de recherche universitaire une instrumentation haute performance basée sur la technologie SPRi (imagerie par résonance plasmonique de surface). Pour démontrer la puissance de cette technologie, nous avons réalisé une expérience basée sur une interaction anticorps-antigène. Une chimie de surface originale, combinée à un procédé électrochimique, permet le couplage rapide de biomolécules à la couche d'or (copolymérisation du polypyrrole) située au sommet d'un prisme de verre.

Les échantillons peuvent être précieux. Soit vous ne souhaitez pas les gaspiller, soit vous ne disposez pas de beaucoup de matière première. Les protéines et les enzymes biologiques, par exemple, sont souvent obtenues en petites quantités et peuvent être coûteuses.

Divers matériaux de substitution osseuse ont été étudiés et développés pour des applications orthopédiques, cliniques et chirurgicales. Ces dernières années, la recherche s'est intensifiée sur les matériaux prothétiques osseux dont la composition est similaire à celle de l'os vivant, et le besoin d'une méthode de mesure de la teneur en carbone de ces matériaux se fait de plus en plus sentir.

Cette application présente la caractérisation TERS de systèmes bicouches phospholipidiques binaires déposés sur une lamelle recouverte d'or. Ces échantillons servent de modèles pour visualiser directement et chimio-sélectivement la distribution d'un constituant lipidique à l'échelle nanométrique.

Les plantes contiennent une grande variété d'éléments. Certains jouent un rôle essentiel en tant que nutriments ou enzymes, tandis que d'autres s'accumulent de manière inattendue en raison de la pollution environnementale. Si la connaissance des concentrations globales de chaque élément est importante d'un point de vue nutritionnel et écotoxicologique, leur distribution l'est tout autant pour une meilleure compréhension des mécanismes de leur métabolisme et de leur absorption par les plantes.

La distribution élémentaire est essentielle à la compréhension du métabolisme dans les échantillons biologiques. Ces échantillons contiennent de l'eau ou des gaz et ne peuvent donc être analysés sous vide poussé, car cela les altérerait ou les endommagerait considérablement. Le mode de vide partiel ou le mode de purge à l'hélium de la série XGT-9000 permettent d'analyser les échantillons biologiques sans compromettre la sensibilité aux éléments légers.

Des micronodules de calcium sont identifiés dans les feuilles de mûrier, et l'imagerie par cartographie XRF établit une corrélation entre la concentration en nodules et l'âge des feuilles. Une étude distincte examine l'absorption de polluants lourds par les plantes, grâce à des images haute résolution rapidement acquises montrant la distribution du plomb dans la feuille.

L'effet du zinc sur la cicatrisation des ulcères gastriques a été étudié : l'imagerie cartographique d'échantillons de tissus met en évidence une accumulation de zinc au sein du tissu ulcéré. Dans une étude distincte, un otolithe de poisson (os de l'oreille interne) a été analysé afin de révéler sa composition élémentaire hétérogène et sa structure physique.

Une plateforme d'imagerie combinant la microscopie Raman, le fond noir amélioré et l'imagerie hyperspectrale a été utilisée pour étudier des coupes de tissu pulmonaire contenant des nanotubes de carbone. Elle a permis d'identifier facilement les régions contenant ces nanotubes, puis de caractériser leur composition chimique par spectroscopie.

La spectroscopie Raman et la spectroscopie Raman de résonance se sont révélées être des outils de recherche importants pour étudier les relations structure-fonction des enzymes.

La silice est actuellement l’un des matériaux industriels les plus importants, dont les nanoparticules sont formées via un processus sol-gel.

L'étude de l'oxygène singulet (1O₂) est intéressante, principalement en raison de sa forte réactivité. Il peut être produit par photosensibilisation, généralement par une molécule comme un colorant ou une porphyrine. Ainsi, grâce à un choix judicieux de sensibilisateur, la présence d'oxygène et de lumière, l'1O₂ peut être généré sélectivement. D'un point de vue biologique, il possède la capacité d'endommager et de détruire les cellules, ce qui a suscité un intérêt pour son utilisation comme agent anticancéreux en thérapie photodynamique (PDT).

Une évaluation analytique rapide et quantitative de la carie dentaire est indispensable à toute étude des facteurs environnementaux qui la favorisent. Ces informations sont essentielles pour déterminer quels produits dentaires sont les plus efficaces pour ralentir ou stopper la progression de la carie.

Les développements récents de la technologie CMOS permettent d'utiliser l'imagerie à champ large et à durée de vie large, avec la possibilité de mesurer le FLIM en temps réel, pour étudier des échantillons mobiles et la cinétique, ainsi que l'imagerie à distance.

Cette note d'application décrit la technologie FLIM et sa mise en œuvre à l'aide des instruments FLIMera et InverTau de HORIBA. Ces instruments, basés sur le comptage de photons uniques corrélés dans le temps (TCSPC), améliorent la microscopie à fluorescence en fournissant un mécanisme de contraste supplémentaire basé sur la durée de vie de fluorescence.

Les accessoires de mélange rapide permettant d'effectuer des mesures d'écoulement arrêté ont trouvé une application dans la caractérisation des interactions et des réactions se produisant en solution.

Cette note technique décrit la fluorescence cinétique comme une technique d'analyse permettant de quantifier les espèces non fluorescentes. Cette technique est appliquée à la détermination de la thiamine (vitamine B1) en solution.

Le choix du groupe protecteur est d'une importance cruciale dans le succès de nombreuses étapes de la synthèse organique et de la manipulation de molécules polyfonctionnelles, car il peut empêcher la formation de produits secondaires et de réactions indésirables.

Cette étude démontre l’application de la mesure de la matrice d’émission d’excitation pour surveiller les conditions du milieu de culture cellulaire pendant la prolifération des cellules de mammifères.

Lorsque le Dr Charles Mazel, du département des sciences physiques d'Andover (Massachusetts), décida de réaliser des mesures de fluorescence sur les coraux, il se mit en quête de l'instrument adéquat. Celui-ci devait être transportable et capable de résister aux mouvements de tangage et de lacet à bord d'un navire.

Les processus biologiques peuvent être suivis grâce à l'étude de l'expression des gènes via une « balise moléculaire » (ADN simple brin, ssADN), un oligonucléotide en forme d'épingle à cheveux avec un fluorophore (donneur) et un extincteur (accepteur).

La lumière polarisée qui frappe une molécule fluorescente produit une fluorescence polarisée. Cette émission polarisée revient progressivement à une fluorescence non polarisée en fonction de la diffusion rotationnelle et d'autres facteurs.

Les spectres de fluorescence des fluorophores protéiques intrinsèques ont été largement étudiés et utilisés pour l'étude de phénomènes biologiques. Parmi les fluorophores natifs présents dans les tissus humains, on trouve le NADH, le collagène, l'élastine, le tryptophane, la tyrosine, les porphyrines et le FAD.

Les bienfaits potentiels pour la santé découlant de l’activité antioxydante de la curcumine, couramment présente dans le curcuma (Curcuma longa L), ont suscité l’intérêt de plusieurs groupes de recherche.

Cette note d'application explore l'utilisation de Duetta pour une application d'absorbance courante, l'application de la protéine A280.

Grâce à son logiciel convivial, Duetta permet différentes mesures liées aux biomolécules comme l'ADN, l'ARN et les protéines, notamment la concentration en protéines, la pureté de l'ADN/ARN, la détermination de la concentration d'un échantillon inconnu à partir d'une courbe d'étalonnage standard, les tests de réussite/échec et toutes les mesures standard de fluorescence et d'absorbance.

Un modèle murin d'athérosclérose humaine a été développé, dans lequel les animaux sont dépourvus d'ApoE ; ces animaux sont appelés souris ApoE knock-out. Ces deux mesures – les résultats de l'analyse de l'aorte d'une souris ApoE knock-out et les résultats de l'étude chimique – indiquent que les dépôts globulaires contiennent du cholestérol dissous dans des acides gras et peuvent donc servir d'indicateur précoce du processus d'athérosclérose dans les modèles animaux lors du développement de médicaments.

La spectroscopie Raman confocale est de plus en plus reconnue comme une technique à fort potentiel pour l'étude non invasive des tissus biologiques et de la peau humaine en conditions in vivo. Elle permet d'obtenir des informations sur la composition moléculaire de la peau jusqu'à plusieurs centaines de micromètres sous la surface cutanée.

En couplant la spectroscopie Raman à la microscopie, il est possible d'obtenir des informations spectrales complètes avec une résolution spatiale de l'ordre du 1 µm. Cependant, l'effet Raman est un phénomène de faible intensité et sa sensibilité n'est pas toujours optimale, notamment lors de l'analyse de composants intracellulaires souvent présents à de faibles concentrations.

La microscopie Raman est une technique qui s'est révélée extrêmement précieuse dans de nombreuses applications. En recherche biomédicale, son intérêt pour l'identification très sélective de biomolécules, notamment les acides aminés et les protéines, l'ADN/ARN et les agents chimiothérapeutiques, est de plus en plus reconnu. Cependant, l'efficacité de la diffusion Raman est faible, les temps d'acquisition peuvent être longs et les limites de détection élevées.

La spectroscopie Raman a été évaluée comme méthode non invasive d'analyse de l'ADN des spermatozoïdes et de l'influence de l'irradiation UV sur les spermatozoïdes. Les résultats montrent que la spectroscopie Raman, combinée à une analyse multivariée, fournit des informations reproductibles et précises sur l'ADN des spermatozoïdes, ainsi que sur l'effet et la localisation des lésions.

Des méthodes rapides et non invasives pour l'analyse clinique et non clinique des tissus biologiques sont de plus en plus demandées. L'imagerie Raman à micro-échelle peut répondre à des questions cruciales sur la morphologie et l'évolution structurelle du tissu cérébral du singe.

L'identification des microbes contaminants constitue un enjeu majeur de sécurité publique dans de nombreux domaines, tels que le contrôle de la qualité des aliments et la fabrication de produits pharmaceutiques et cosmétiques. Des recherches antérieures ont démontré le potentiel de la spectroscopie Raman, combinée à des méthodes chimiométriques, pour analyser des échantillons globaux ainsi qu'une seule bactérie ou cellule de levure afin de les classer au niveau de l'espèce et de la souche.

Traditionnellement, le Raman est une technique réservée aux scientifiques des matériaux, aux physiciens ou aux chimistes, mais à mesure que l'instrumentation continue d'évoluer, la puissance du Raman dans les applications biologiques et médicales est rapidement reconnue, notamment en raison du contenu informationnel élevé fourni et d'une excellente tolérance à l'eau.

La réduction du délai d'obtention des résultats est un objectif primordial en diagnostic clinique. Nous avons évalué le pouvoir discriminant de la spectroscopie Raman pour l'analyse de microcolonies de neuf espèces bactériennes et d'une espèce de levure directement sur milieu de culture solide après une incubation de 6 h (contre 24 h pour les macrocolonies). Cette approche, qui minimise la préparation des échantillons et le temps de culture, permettrait de reprendre la culture après identification afin de réaliser ensuite des tests de sensibilité aux antibiotiques.

Dans cette note d'application, le SERS est utilisé pour étudier le comportement de la glycoprotéine αIIbβ3 qui joue un rôle critique dans la thrombose (coagulation sanguine pathologique qui peut réduire ou arrêter complètement l'apport sanguin aux tissus et aux organes, conduisant à un infarctus du myocarde ou à un accident vasculaire cérébral).

Dans cette étude, nous démontrons les capacités du ViewSizer 3000 en tant qu'instrument d'analyse NTA de nouvelle génération afin de mesurer et de caractériser avec précision et efficacité les vésicules extracellulaires (EV) via la taille et la concentration des particules.

L'utilisation de nanoparticules pour l'administration de médicaments constitue un domaine de recherche important, alliant sciences de la vie et nanotechnologie. Bien que la définition stricte d'une nanoparticule se situe entre 1 et 100 nm, la plage de taille supérieure peut être étendue jusqu'à environ 500 nm dans le cadre de cette application. La diffraction laser offre l'avantage de pouvoir mesurer des particules plus grosses.

De nombreuses recherches ont été menées sur l'utilisation de nanoparticules composées de biopolymères comme vecteurs de médicaments. Dans ce domaine, la plupart des analyses granulométriques ont été réalisées par diffusion dynamique de la lumière (DLS). Cependant, certains matériaux présentent des particules plus grosses, dont la taille dépasse la plage de taille maximale de la DLS, mais est compatible avec la diffraction laser.

Les liposomes sont des vésicules bilamellaires composées de phospholipides d'origine naturelle ou synthétique. Ils sont principalement utilisés en chimie pour le traitement des cancers, servant de vecteurs pour acheminer les agents chimiothérapeutiques jusqu'à la tumeur. La mesure précise et rapide de la taille des liposomes est essentielle au développement de systèmes d'administration de médicaments innovants et efficaces.