Nouvelle approche pour une détection rapide et rentable des agents pathogènes
Système de test de la taille d'une paume de main pouvant effectuer simultanément jusqu'à trente-deux analyses d'un échantillon
La capacité de détecter les maladies à un stade précoce, voire de prédire leur apparition, serait extrêmement bénéfique pour les médecins et les patients. Une équipe de recherche dirigée par le Dr Larysa Baraban au Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) met au point des dispositifs et des systèmes de biocapteurs intelligents et miniaturisés utilisant des nanomatériaux pour déterminer les biomolécules et les cellules ainsi que les réactions ou processus biochimiques comme marqueurs de maladies. La publication actuelle de l'équipe dans Biosensors and Bioelectronics décrit le développement d'un système de test portable, de la taille d'une paume de main, qui peut effectuer simultanément jusqu'à trente-deux analyses d'un échantillon.
Il existe plusieurs possibilités et mécanismes pour détecter les agents pathogènes dans les fluides corporels. L'une des options étudiées par Baraban à l'Institut HZDR de recherche radiopharmaceutique sur le cancer est la détection à l'aide de transistors à effet de champ (FET) issus du domaine de l'électronique. Le principe de fonctionnement est simple : un courant électrique défini circule de A à B. Ce courant peut être régulé par le potentiel électrique à la surface d'une grille, qui fonctionne comme une vanne précise et continue. Les biomolécules pertinentes pour la maladie se lient à la surface de la porte et modifient ainsi le potentiel électrique et, par conséquent, le courant. S'il n'y a pas de changement significatif dans le courant, c'est qu'aucune biomolécule ne s'est liée à la surface du capteur. En revanche, une modification du courant signifie que des molécules liées à la maladie peuvent être détectées à la surface du capteur. Ces biocapteurs peuvent être conçus pour détecter spécifiquement différentes biomolécules. Des agents pathogènes différents provoquent des potentiels électriques différents et donc des courants différents. Les cellules cancéreuses provoquent un courant différent de celui d'un virus de la grippe, par exemple.
Développement de transistors réutilisables
Le principal inconvénient des biocapteurs électroniques traditionnels à base de FET est que les surfaces de test ne sont pas réutilisables et que l'ensemble du transistor doit être mis au rebut après chaque prélèvement. Comme les transistors contiennent des matériaux semi-conducteurs coûteux, ce processus est à la fois onéreux et nuisible à l'environnement. C'est pourquoi Mme Baraban et son département des nanomicrosystèmes pour les sciences de la vie sont allés plus loin et ont tenté de mesurer les variations de potentiel non pas directement à la surface du transistor, mais sur une électrode distincte reliée à la grille du transistor. "Cela nous permet d'utiliser le transistor plusieurs fois. Nous séparons la grille et l'appelons "grille étendue", c'est-à-dire une extension du système de test.
Mais ce n'est pas tout. L'équipe s'est projetée encore plus loin et a relevé un autre défi : "Nous aimerions bien sûr que ce système puisse effectuer plusieurs analyses en même temps". Les chercheurs ont réussi à développer des portes étendues avec trente-deux patins d'essai. Baraban explique : "Cela signifie qu'un échantillon peut être testé simultanément sur chacune des plaquettes pour un agent pathogène différent."
Les scientifiques ont d'abord démontré le principe de fonctionnement en utilisant l'interleukine-6 (IL-6), une molécule responsable de la communication entre les cellules immunitaires. "Qu'il s'agisse d'un simple rhume ou d'un cancer, la concentration d'IL-6 change. Les différentes maladies ainsi que les différents stades d'une maladie produisent des tableaux cliniques différents. C'est pourquoi l'IL-6 est un marqueur tout à fait approprié".
Des nanoparticules pour accroître la sensibilité
Afin de rendre la méthode encore plus sensible, l'équipe de Baraban a également utilisé des nanostructures. Les nanoparticules concentrent ou localisent la charge pour amplifier le signal de tension. "La sensibilité des tests est considérablement plus élevée que lorsque nous travaillons sans nanoparticules. Comme des kits de nanoparticules prêts à l'emploi pour la recherche sont désormais disponibles sur le marché, cette méthode est simple à utiliser. Les scientifiques du HZDR travaillent actuellement avec des nanoparticules d'or. À l'avenir, ils souhaiteraient également étudier d'autres nanoparticules.
Les recherches actuelles ont abouti à la création d'un système de test fonctionnel et pratique, composé d'un transistor et de trente-deux plaquettes de test, qui permet de détecter différents agents pathogènes en très peu de temps. À l'avenir, le système de test décrit pourrait, par exemple, être utilisé pour surveiller l'évolution des immunothérapies chez les patients cancéreux. Une autre possibilité serait de prédire la gravité et l'évolution d'une maladie virale telle que la grippe ou le COVID-19 dès son apparition. Par rapport aux technologies existantes, le nouveau système est plus rentable et plus rapide. C'est pourquoi Mme Baraban et son équipe espèrent maintenant susciter l'intérêt du secteur commercial.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Željko Janićijević, Trang-Anh Nguyen-Le, Ahmed Alsadig, Isli Cela, Rugilė Žilėnaite, Taufhik Hossain Tonmoy, Manja Kubeil, Michael Bachmann, Larysa Baraban; "Methods gold standard in clinic millifluidics multiplexed extended gate field-effect transistor biosensor with gold nanoantennae as signal amplifiers"; Biosensors and Bioelectronics, Volume 241
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