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Antigènes et anticorps : molécules de l’immunité
Le système immunitaire chez l’Homme
Le système biologique de défense contre les dommages potentiels des micro-organismes et des antigènes comprend l’immunité innée (non spécifique) et l’immunité acquise (spécifique). L’immunité non spécifique recrute des molécules et des cellules à large spectre d’action qui ne font pas intervenir de spécificité de reconnaissance avec les corps étrangers. Parmi ces molécules de défense notons le lysozyme ou encore le système du complément qui assurent la lyse des microorganismes infectieux. Parmi les cellules non spécifiques de défense on trouve les macrophages ou phagocytes qui jouent un rôle essentiel de défense, grâce à des mécanismes d’endocytose, ils peuvent ‘absorber’ des antigènes et même des micro organismes pour les dégrader en leur sein.
L’immunité spécifique fait intervenir une reconnaissance particulière entre les molécules intrusives et les molécules ou cellules de défense. L’antigène est initialement pris en charge par une cellule présentatrice d’antigène (CPA) qui sélectionne, recrute et active en cascade deux classes de lymphocytes spécifiques de l’antigène : les lymphocytes T (LT) qui ont un rôle d’activation et de contrôle de l’activation cellulaire mais aussi un rôle de destruction des cellules microbiennes (LT cytotoxique) et les lymphocytes B (LB) qui produisent les anticorps. Intéressons nous aux molécules de l’immunité spécifique : les anticorps et leur cible qui sont les antigènes avant de s’attarder sur les mécanismes de l’allergie.
Les antigènes
On appelle antigène (Ag) toutes les molécules du non soi, c’est-à-dire les molécules étrangères à l’organisme, qui vont déclencher des réactions immunitaires chez les individus, on parle alors de réponse cellulaire ou humorale. Cette réponse humorale consiste en la production d’anticorps (Ac) dirigés spécifiquement contre les Ag.
On parle d’immunogénicité pour évaluer la capacité d’un Ag à susciter une réponse immunitaire et d’antigénicité pour évaluer la capacité qu’à un Ag à réagir avec un Ac. Les Ac reconnaissent une ou plusieurs parties de la structure de l’Ag que l’on appelle les épitopes. Un épitope est une structure susceptible d’être reconnue par un récepteur spécifique. Cela met en jeu une interaction dépendant de plusieurs liaisons chimiques faibles. Ainsi, sur la surface d’une protéine, un épitope peut inclure un ensemble d’acides aminés (de 4 à 8) impliqués directement dans la liaison Ag-Ac. Les Ac présents dans le sérum et ceux qui sont fixés sur la membrane des LB font partie des récepteurs spécifiques. Pour une protéine, l’épitope est dit séquentiel lorsqu’il est défini par une séquence d’acides aminés ou conformationel lorsque deux séquences distinctes sont rapprochées dans l’espace (Figure 1). Un Ag est donc porteur de plusieurs épitopes plus ou moins immunogènes générant plusieurs types d’Ac, donc faisant intervenir plusieurs types de LB : la réponse est dite polyclonale. Les Ac polyclonaux sont un mélange d’Ac pouvant réagir contre plusieurs épitopes d’un même Ag. Au contraire, un Ac monoclonal réagira contre un seul épitope d’un Ag donné.
Des petites molécules appelées haptènes (inférieures à 5000 Da) ne peuvent pas induire de réponse immunitaire lorsqu’elles sont injectées seules (elles ne sont pas immunogènes). Cependant, lorsqu’elles sont injectées couplées chimiquement avec une macromolécule immunogène (molécule « porteuse », en général une protéine), les haptènes, en créant de nouvelles caractéristiques structurales à la surface de la molécule porteuse, sont reconnus par des Ac spécifiques. Ces derniers peuvent également reconnaître l’haptène libre. Donc un haptène n’est pas immunogénique, mais il est antigénique. Les haptènes sont des petites molécules, naturelles ou synthétiques comme les hormones, les toxines, certains médicaments, les herbicides ou encore les pesticides.
Les anticorps
Les Ac sont des glycoprotéines faisant partie de la famille des immunoglobulines (Ig) sécrétées par les plasmocytes issus de la différenciation des LB. Ces Ig sont constituées de deux chaînes lourdes et de deux chaînes légères reliées entre elles par des ponts disulfures, chacune de ces chaînes étant constituée d’une partie constante et d’une partie variable (Figure 2). La partie Fc (pour fragment cristallisable) représente la partie constante des Ac au sein d’une classe, ce fragment est constitué des domaines constants de la chaîne lourde (excepté le premier) alors que la partie Fab (pour antigen binding) est composée du domaine variable et du premier domaine constant de chacune des chaînes.
Chez les mammifères il existe plusieurs classes d’Ig (Figure 3) définies par la région constante, elles ont chacune un rôle immunitaire différent et sont synthétisées en des temps différents pendant la réaction immunitaire.
Généralités sur l’allergie
Les mécanismes de l’allergie
Nous venons de présenter les deux molécules impliquées dans la spécificité de reconnaissance dans le cadre de l’immunité spécifique : l’Ag et l’Ac. L’allergie correspond à une réponse immunitaire exacerbée et orientée vers la production d’IgE chez les individus génétiquement prédisposés. L’Ag incriminé est alors appelé allergène. Ces deux molécules font partie d’un système complexe lors des réactions allergiques (Figure 5). Ces allergènes sont présents dans tous les secteurs : environnementaux, agroalimentaires, pharmaceutiques…Ce sont des macromolécules (protéines, peptides, acides nucléiques, lipides, glucides…) à l’état libre ou présentes à la surface de microorganismes et de virus.
Les allergènes, le plus souvent de nature protéique, une fois dans les tissus sont endocytés par des cellules spécialisées : les cellules présentatrices d’Ag (CPA) (macrophages ou cellules dendritiques) où ils sont hydrolysés en peptides. Certains peptides sont exposés en surface avec les molécules du CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) pour être présentés aux lymphocytes TH2. Après avoir été activés par le contact avec l’Ag, les lymphocytes TH2 vont relarguer des médiateurs chimiques (interleukine (IL-4) entre autre) qui vont induire la différenciation des LB en plasmocytes producteurs d’Ac (ou Ig), préférentiellement les IgE. Les IgE vont pouvoir se fixer sur les récepteurs membranaires de certaines cellules comme les mastocytes. Lorsque l’allergène est réintroduit pour la seconde fois dans l’organisme, il va pouvoir se fixer sur les IgE présentes sur les mastocytes. Cette formation du complexe Ag-Ac à la surface de ces cellules va engendrer des cascades de réactions aboutissant à la dégranulation du mastocyte, c’est-à-dire au relargage de certains médiateurs de la réponse immunitaire et de l’inflammation comme l’histamine présente dans les vésicules des mastocytes. L’effet de ces médiateurs sur l’organisme est immédiat et engendre des symptômes tels que l’eczéma, l’asthme et jusqu’au cas extrême de choc anaphylactique.
Comprendre les interactions in vivo entre Ag et Ac permet de mettre en place des techniques de dosage pour l’immunodiagnostic qui seront basées sur le même principe d’interaction. Les techniques chimiques basées sur la reconnaissance Ag/Ac sont appelées techniques immunochimiques.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I°) Contexte de l’étude : diagnostic de l’allergie
I.1°) Antigènes et anticorps : molécules de l’immunité
I.1.1°) Le système immunitaire chez l’Homme
I.1.2°) Les antigènes
I.1.3°) Les anticorps
I.1.4°) La réaction antigène-anticorps et conséquences in vivo
I.2°) Généralités sur l’allergie
I.2.1°) Les mécanismes de l’allergie
I.2.2°) Importance de l’allergie alimentaire
II°) Les immunoessais : systèmes analytiques basés sur l’interaction entre un antigène et un anticorps
II.1°) Techniques basées sur la précipitation et l’agglutination des immuncomplexes
II.1.1°) L’immunoprécipitation
II.1.2°) L’immunoagglutination
II.2°) Techniques basées sur la réaction primaire entre un antigène et un anticorps
II.2.1°) Immunoessais en phase hétérogène
II.2.2°) Immunoessais en phase homogène
II.3°) Les tests de diagnostic de l’allergie
II.3.1°) Les tests in vivo
II.3.2°) Les tests in vitro
III°) Intégration des immunoessais à l’échelle du microsystème
III.1°) Les microsystèmes et les techniques de microfabrication
III.1.1°) Présentation des microsystèmes
III.1.2°) Les techniques de microfabrication
III.2°) Transposition des immunoessais au format microsystèmes
III.2.1°) Immunoessais en phase hétérogène à l’échelle microfluidique
III.2.2°) Immunoessais en phase homogène à l’échelle microfluidique
IV°) Les nanoparticules : plateformes nanométriques appliquées aux immunoessais
IV.1°) Les nanoparticules d’or
IV.2°) Les nanofilaments
IV.3°) Les nanoparticules d’oxyde de fer
V°) Références
CHAPITRE 2 : SYNTHESE, CARACTERISATION ET FONCTIONNALISATION DE LA NANOPLATEFORME DE TYPE CŒUR COQUILLE SUPPORT DE L’IMMUNOESSAI
I°) Introduction
II°) Synthèse des nanoparticules cœur-coquille
II.1°) Synthèse du cœur magnétique d’oxyde de fer
II.2°) Formation de la coquille de silice
II.3°) Fonctionnalisation chimique de la surface des nanoparticules cœur-coquille
III°) Caractérisation des nanoparticules cœur-coquille
III.1°) Mesure de la taille
III.2°) Propriétés magnétiques
III.3°) Caractérisation de l’état de surface des nanoparticules
III.4°) Stabilité colloïdale et mouvement brownien
IV°) Greffage de l’antigène à la surface des nanoparticules
IV.1°) Choix de l’antigène et méthode de greffage
IV.2°) Optimisation du greffage covalent de protéines à la surface de nanoparticules par approche chimiométrique
IV.2.1°) Préambule
IV.2.2°) Article 1
IV.2.3°) Autres facteurs influençant le greffage de l’antigène
V°) Conclusion
VI°) Références
CHAPITRE 3 : DEVELOPPEMENT D’UN IMMUNOESSAI EN BATCH UTILISANT DES NANOPARTICULES MAGNETIQUES ET DEDIE AU DIAGNOSTIC DE L’ALLERGIE
I°) Introduction
II°) Article 2
III°) Conclusion
CHAPITRE 4 : ELABORATION DU MICROSYSTEME ET INTEGRATION DE L’IMMUNOESSAI A L’ECHELLE MICROFLUIDIQUE
I°) Introduction
II°) Développement d’un microsystème offrant de grands gradients de champ magnétique dédié à la capture de nanoparticules cœur-coquille
II.1°) Préambule et théorie sur le magnétisme
II.2°) Article 3
III°) Développement d’un microsystème bioanalytique intégrant des nanoparticules magnétiques dédié au diagnostic de l’allergie
III.1°) Préambule et résultats préliminaires
III.2°) Article 4
IV°) Conclusion
V°) Références
CONCLUSION
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