Microscopie à deux photons sensible à la polarisation pour une caractérisation de la structure amyloïde sans marquage
8 septembre 2023
Cet article décrit comment la microscopie à deux photons sensible à la polarisation pourrait être appliquée pour caractériser l’organisation locale au sein de superstructures-sphérolites amyloïdes sans marquage. Il décrit également comment préparer et mesurer l’échantillon, assembler la configuration requise et analyser les données pour obtenir des informations sur l’organisation locale des fibrilles amyloïdes.
Notre objectif est de développer de nouveaux marqueurs optiques et de nouvelles techniques pour la détection d’agrégats de protéines appelés amyloïdes. Ils sont impliqués dans une série de maladies telles que la maladie d’Alzheimer et le diabète de type 2. Donc, pour guérir ces maladies, nous avons besoin de techniques pour visualiser les amyloïdes.
Nous avons démontré que la microscopie à deux photons peut être utilisée pour détecter l’orientation des fibrilles amyloïdes à l’intérieur des superstructures amyloïdes. Il peut être réalisé non seulement en utilisant des colorants spécifiques à l’amyloïde, mais aussi en utilisant l’autofluorescence des amyloïdes. Étant donné que notre technique fonctionne sur des phénomènes optiques non linéaires, elle permet d’obtenir une photosélection angulaire réduite, d’améliorer la résolution axiale, de réduire la diffusion de la lumière, de réduire la phototoxicité et de pénétrer plus profondément dans l’échantillon par rapport à la technique microscopique à fluorescence à un photon.
La microscopie à fluorescence à deux photons sensible à la polarisation est un outil prometteur pour imager la structure interne de diverses structures biologiques complexes, non seulement des agrégats de protéines, mais aussi des vésicules d’ADN et des membranes lipidiques.
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Aperçu
Cette étude explore l'application de la microscopie à deux photons sensible à la polarisation pour caractériser l'organisation locale de superstructures amyloïdes sans marquage, appelées spherulites. La recherche met en évidence les procédés de préparation, de mesure et d'analyse des données nécessaires à l'étude des fibrilles amyloïdes.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biophysique
- Techniques de microscopie
Contexte
- Les amyloïdes sont des agrégats protéiques associés à des maladies comme la maladie d'Alzheimer et le diabète de type 2.
- Les techniques de visualisation sont essentielles pour comprendre les structures des amyloïdes.
- La microscopie à deux photons offre des avantages par rapport aux méthodes traditionnelles.
- Les phénomènes optiques non linéaires améliorent les capacités d'imagerie.
Objectif de l'étude
- Développer des marqueurs optiques pour la détection des amyloïdes.
- Visualiser l'orientation des fibrilles amyloïdes au sein de superstructures.
- Améliorer les techniques d'imagerie afin de mieux comprendre les maladies.
Méthodes utilisées
- Microscopie biphotonique sensible à la polarisation.
- Utilisation de colorants spécifiques des amyloïdes et de l'autofluorescence.
- Protocoles de préparation des échantillons et de mesure.
- Analyse des données pour la caractérisation de l'organisation locale.
Résultats principaux
- Démonstration d'une détection efficace de l'orientation des fibrilles amyloïdes.
- Réduction de la sélection angulaire par la lumière et amélioration de la résolution axiale.
- Réduction de la diffusion de la lumière et de la phototoxicité par rapport aux techniques à un seul photon.
- Obtention d'une pénétration plus profonde dans l'échantillon pour une meilleure imagerie.
Conclusions
- La microscopie à deux photons sensible à la polarisation est un outil prometteur pour la recherche sur les amyloïdes.
- Cette technique peut améliorer considérablement la visualisation des structures amyloïdes.
- Des applications futures pourraient approfondir la compréhension des maladies liées aux amyloïdes.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La microscopie à deux photons sensible à la polarisation (ps-2PFM) permet une caractérisation structurale sans marqueur et à haute résolution des agrégats amyloïdes, un défi essentiel dans la recherche sur les maladies neurodégénératives. En révélant l'organisation tridimensionnelle des fibrilles au sein des spherulites, cette méthode améliore la fiabilité prédictive des procédés de découverte précoce et de validation de cibles. Sa capacité à analyser l'ordre moléculaire dans des systèmes biologiques complexes soutient des décisions éclairées, ajustées au risque, dans les portefeuilles de recherche et développement en biopharmacie.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet la visualisation directe de l'orientation des fibrilles amyloïdes et de l'organisation moléculaire sans recourir à des marqueurs exogènes.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques en clarifiant les voies d'agrégation des protéines liées à l'étiologie des maladies.
- Améliore la fiabilité prédictive pour la validation des cibles dans les troubles neurodégénératifs et les affections liées au mauvais repliement des protéines.
Développement de criblages et de tests
- Facilite la préparation de systèmes biologiques validés et sans marquage pour des procédés de criblage en aval.
- Fournit des mesures quantitatives et reproductibles de l'organisation des fibrilles pour la normalisation des tests.
- Permet une évaluation fiable des effets des composés sur la structure des amyloïdes dans les modèles précliniques.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne la caractérisation structurale des amyloïdes avec le développement de biomarqueurs pertinents pour la maladie.
- Permet une continuité translationnelle, depuis la découverte jusqu'à la validation préclinique de thérapeutiques modulant l'agrégation.
- Offre des éclairages mécanistiques qui éclairent les décisions d'avancement ajustées au risque.
Intégration des pipelines et des flux de travail
ps-2PFM s'intègre à la continuité découverte-préclinique en permettant l'interrogation fondée sur des hypothèses de l'agrégation des protéines, soutenant à la fois la découverte précoce et la recherche translationnelle.
- Biologie de la découverte : Fait progresser la vérification des hypothèses et la clarification des voies impliquées pour les cibles amyloïdogènes.
- Écranage : Fournit des mesures quantitatives et reproductibles de l'orientation des fibrilles pour évaluer la préparation des tests.
- Analytique : Génère des données structurales permettant des analyses comparatives entre différentes conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre la caractérisation moléculaire et les stratégies de biomarqueurs pertinentes pour la maladie.
- Réutilisation en entreprise : Offre une capacité d'imagerie réutilisable et sans marquage pour diverses études sur l'agrégation des protéines.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur les amyloïdes.
- Valeur opérationnelle : Renforce la standardisation, la reproductibilité et l'évolutivité des protocoles d'imagerie structurale.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions d'engagement ou de retrait et l'efficacité du capital en clarifiant précocement les mécanismes d'agrégation.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation ajustée au risque des programmes thérapeutiques ciblant l'agrégation.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en microscopie optique non linéaire et en analyse de polarisation.
- Exige un instrument avancé pour l'excitation à deux photons et la détection sensible à la polarisation.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles d'imagerie et des pipelines d'analyse des données.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les agrégats protéiques ou les systèmes tissulaires.
- Les limitations pratiques incluent la complexité de la préparation des échantillons et l'accès à l'instrumentation.
