L’Encyclopédie du Projet Embryonnaire

Le dosage radio-immunologique (RIA) est une technique dans laquelle les chercheurs utilisent des isotopes radioactifs comme marqueurs traçables pour quantifier des substances biochimiques spécifiques à partir d’échantillons de sang. Rosalyn Yalow et Solomon Berson ont développé la méthode dans les années 1950 alors qu’ils travaillaient à l’hôpital de la Bronx Veterans Administration (VA) à New York. La RIA nécessite de petits échantillons de sang, mais elle est extrêmement sensible à des quantités infimes de molécules biologiques dans l’échantillon. L’utilisation de RIA a amélioré la précision de nombreux types de diagnostics médicaux et a influencé la recherche sur les hormones et le système immunitaire dans le monde entier. Avant la mise au point de la RIA, d’autres méthodes permettant de détecter ou de mesurer de petites concentrations de substances biochimiques nécessitaient de gros échantillons de sang, souvent trop volumineux pour que les chercheurs puissent les collecter. Avec le développement de RIA, les chercheurs pourraient utiliser une seule goutte de sang pour détecter et mesurer la concentration de certaines substances biochimiques. En 1970, les médecins utilisaient RIA pour mesurer les hormones folliculo-stimulantes et lutéinisantes pour diagnostiquer et traiter l’infertilité chez les femmes. D’autres développements ont conduit à des programmes de dépistage néonatal de l’hypothyroïdie.

Berson, docteur en médecine interne, et Yalow, physicien nucléaire, ont commencé à travailler ensemble en 1950 au laboratoire de service des radioisotopes, appelé plus tard le Laboratoire de recherche Solomon A. Berson à l’Hôpital Bronx VA. Les recherches de Berson et Yalow se sont concentrées sur la médecine nucléaire et ils ont prévu de développer des applications médicales pour les isotopes radioactifs, en particulier pour l’insuline. Au début de leurs travaux au Service des radioisotopes, Berson et Yalow ont utilisé la RIA pour mesurer le volume de globules rouges (CBR) en circulation dans le corps humain. Ils ont injecté à des sujets humains un sérum contenant des étiquettes radioactives attachées à des structures spécifiques — de l’iode radioactif attaché à l’albumine, une protéine présente dans le sang; et du potassium ou du phosphore radioactif attaché aux CBR. Berson et Yalow ont mesuré le nombre de CCR avec des balises radioactives et ont validé leur calcul basé sur la RIA des CCR avec le rapport cellule sanguine / plasma, ou hématocrite, mesuré à partir du sang prélevé. Cette étape a permis à Berson et Yalow de vérifier leurs méthodes. Ils se sont ensuite concentrés sur des substances qui n’avaient encore jamais été mesurées chez des humains vivants.

Berson et Yalow ont initialement développé la méthode RIA pour mesurer l’insuline — une petite hormone peptidique nécessaire pour métaboliser les glucides et les graisses — qui est généralement présente en faibles concentrations dans le corps humain. Lorsque les corps ont du mal à produire ou à répondre à l’insuline, ces corps présentent un diabète. Bien que les médecins aient traité le diabète avec de l’insuline d’origine animale depuis les années 1920, les chercheurs des années 1950 travaillaient toujours à développer des tests pour détecter les niveaux d’insuline dans le sang afin d’identifier les causes de la maladie et les effets secondaires du traitement.

Berson et Yalow ont dû affiner la sensibilité de leur méthode de marquage radioactif pour étudier l’insuline dans le corps. Ils ont constaté que le corps humain réagissait à l’insuline de bœuf et de porc sous forme de substances étrangères, appelées antigènes, et développait des anticorps pour l’insuline en tant que mécanisme de défense. Ces anticorps ont ensuite bloqué les sites récepteurs de l’insuline et le blocage a empêché l’hormone de se décomposer. À cette époque, les scientifiques ont supposé que l’insuline était trop petite pour déclencher la production d’anticorps. La découverte que l’insuline d’origine animale a monté une réponse immunitaire chez l’homme, décrite dans l’article de Berson et son collègue « Métabolisme de l’insuline I131 chez les sujets humains: La démonstration de la Globuline de liaison à l’insuline dans la Circulation du Sujet traité à l’insuline  » a permis aux chercheurs de détecter de petites substances biochimiques, telles que des molécules d’insuline. Berson et Yalow ont reconnu que leur méthode de marquage des radio-isotopes pourrait être développée pour marquer et tracer presque toutes les substances biochimiques d’intérêt. En 1960, Berson et Yalow ont publié un article décrivant la technique RIA, intitulé « Immunoessai de l’insuline plasmatique endogène chez l’Homme. »Moins d’un an après le développement de la RIA, les chercheurs ont étendu son application au-delà de la mesure des hormones, l’utilisant pour étudier des organismes microscopiques, des médicaments et des cancers.

Les chercheurs utilisant la méthode RIA ont besoin d’un antigène marqué ou lié à un marqueur radioactif et d’un anticorps spécifique à l’antigène qui se liera à l’antigène. Pour Berson et Yalow, l’antigène marqué était l’insuline liée à l’iode radioactif (I131) et l’anticorps était l’insulinase, qui est spécifique à l’insuline. Pour compléter l’insuline RIA, les chercheurs mélangent d’abord des quantités connues d’insuline-I131 et d’insulinase. Ceux-ci se lient, produisant une quantité spécifique de complexes insuline-I131-insulinase. Ensuite, les chercheurs introduisent un petit échantillon biologique, tel que du sang, dans le mélange et incubent le mélange pendant plusieurs heures à plusieurs jours.

Pendant la période d’incubation, l’insuline-I131 et toute insuline non marquée dans l’échantillon biologique atteignent un équilibre, ou un équilibre, en nombre de molécules de chacune qui sont liées à l’anticorps. Lorsque deux antigènes ou plus, tels que l’insuline marquée et non marquée, sont en compétition pour le même site de liaison sur une molécule d’anticorps, le processus est appelé liaison compétitive. En raison de la liaison compétitive, l’insuline non marquée présente dans l’échantillon biologique déplacera une partie de l’insuline marquée dans les complexes insuline-I131-insulinase. Les antigènes marqués radioactivement qui ont été déplacés de leurs complexes peuvent ensuite être éliminés et l’antigène marqué lié peut être mesuré avec un compteur de rayonnement. Étant donné que les antigènes marqués et non marqués entrent en équilibre, la quantité d’insuline non marquée qui ne s’est pas liée sera égale à l’insuline non liée – I131. Si les chercheurs connaissent la concentration initiale d’insuline – I131 et la capacité de liaison — le pourcentage d’antigène qui restera à tout moment non lié dans une solution saturée — ils peuvent calculer la quantité d’insuline liée et non liée non étiquetée de l’échantillon. Bien que les méthodes RIA aient été établies en utilisant la liaison antigène-anticorps, les antigènes peuvent également se lier à d’autres protéines, telles que l’albumine, qui se lie à et transporte certaines hormones dans le plasma sanguin. Les chercheurs utilisent des agents de liaison, tels que l’albumine, qui ne sont pas spécifiques à la fonction immunitaire, pour appliquer cette méthode afin de détecter ou de mesurer les niveaux de médicaments, de virus et d’autres composés ou substances biologiques.

Aux États-Unis, les recherches sur les applications des essais radio-immunologiques se sont multipliées. L’hypothyroïdie, une affection dans laquelle le corps produit de faibles niveaux de thyrotropine (TSH), peut, entre autres effets, nuire au développement mental des nourrissons atteints de cette maladie. La RIA pour la TSH, développée en 1965 par Robert Utiger à la Washington University School of Medicine à St. Louis, Missouri, et celle de deux autres hormones thyroïdiennes, la triiodothyronine et la thyroxine, développées en 1971 par Inder Chopra et ses collègues de l’Université de Californie à Los Angeles et du Harbor General Hospital à Torrance, Californie, ont permis aux médecins de dépister et de traiter l’hypothyroïdie néonatale. Pendant ce temps, Brij Saxena et ses collègues du Collège médical de l’Université Cornell à New York, New York, ont utilisé RIA pour diagnostiquer l’infertilité chez les femmes en mesurant les concentrations d’hormones folliculo-stimulantes et lutéinisantes humaines dans le plasma.

Yalow a reçu le Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1977 pour le développement de RIA. Berson n’a pas partagé le prix, car il est décédé en 1972 et le comité Nobel ne décerne pas de prix posthumes. Les techniques RIA ultérieures ont permis aux chercheurs de mesurer simultanément plusieurs substances biochimiques. Pour réduire l’utilisation de substances radioactives, les chercheurs ont utilisé des enzymes et des fluorescents pour marquer les substances cibles.