Induced-volatolomics, a new research field in chemical biology - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Comptes Rendus. Chimie Année : 2024

Induced-volatolomics, a new research field in chemical biology

Résumé

Progresses in chemical biology have substantially deepened our understanding of biological pathways related to disease outcomes. Numerous optical probes activatable by disease-relevant enzymes have been designed and have shown great value for imaging crucial biochemical transformations specific to pathological processes. In comparison to their “always-on” counterparts, such stimuli-responsive probes stand out as promising candidates for exploring biological processes because of their high sensitivity, ingenious spatiotemporal resolution, ease of operation, and real-time and in situ imaging capacity. However, these imaging tools meet several bottlenecks related to either stability, background noise, limited penetration depth or systemic toxicity, pharmacokinetics, tissue distribution, and renal clearance. In parallel, novel volatile organic compound (VOC)-based probes have been proposed under the emerging paradigm of induced-volatolomics. These probes are converted into exogenous VOCs in response to pathogen or eukaryote specific enzymatic stimuli. Once activated, VOC-based probes release volatile tracers that inform the biochemical processes arising in cells, liquid and solid biopsies, and even in entire organisms. After a brief presentation of recent developments in the field of induced-volatolomics, we discuss possible improvements of this new modality for the exploration of biological systems.
Avec l’émergence de la chémobiologie, de nombreuses sondes ont été conçues afin de suivre en temps réel différents processus métaboliques dans des systèmes biologiques. Une grande majorité d’entre elles correspondent à des sondes off-on détectées par imagerie, qui utilisées in vitro ou in vivo, ont considérablement amélioré notre compréhension du fonctionnement des cellules vivantes. Ciblant un large éventail d’espèces chimiques avec une résolution spatiale fine, ces outils bioorthogonaux ont permis d’« allumer » des anomalies cellulaires, et ce, même au sein de tissus profonds. Alors que ces sondes ont offert de nouvelles perspectives en termes d’exploration des systèmes biologiques, leur utilisation se confronte souvent à des problèmes de toxicité, de faible stabilité et des verrous liés à leur pharmacocinétique, leur élimination et leur biodistribution. Dans ce contexte, des sondes off-on converties en composés organiques volatils (COVs) pourraient représenter une alternative intéressante pour fournir un premier aperçu d’évènements biologiques. Ce concept, appelé « volatolomique induite » repose sur l’utilisation de sondes off-on non toxiques, et incluant dans leur structure un COV. Ces sondes sont converties en COVs exogènes en réponse à des stimuli enzymatiques spécifiques de différents phénotypes cellulaires (procaryotes ou eucaryotes). Une fois activées, les sondes libèrent des traceurs volatils qui informent sur les processus biochimiques survenant dans des cellules, des biopsies liquides et solides, voire dans des organismes entiers. Après une brève présentation des développements récents dans le domaine de la volatolomique induite, nous discuterons des perspectives d’application et des progrès pour l’exploration des systèmes biologiques.
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Dates et versions

hal-04553048 , version 1 (19-04-2024)

Identifiants

Citer

Estelle Blochouse, Rony Eid, Elsa Cannoni, Rémi Châtre, Claude Geffroy, et al.. Induced-volatolomics, a new research field in chemical biology. Comptes Rendus. Chimie, 2024, 26 (S3), pp.1-11. ⟨10.5802/crchim.252⟩. ⟨hal-04553048⟩
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