Voyant allumé - voyant éteint : le résultat du test est prêt
Inspiré par la nature - Les opto-essais biologiques contrôlés par la lumière permettent de diagnostiquer les maladies plus facilement et de manière plus rentable
Du velcro aux cellules solaires, de nombreuses innovations technologiques ont été inspirées par la nature. Dans le domaine du diagnostic médical, les chercheurs s'inspirent également de principes biologiques. Une équipe de chercheurs de l'université de Fribourg et de l'INM - Leibniz Institute for New Materials - de Sarrebruck a mis au point des méthodes de test dans lesquelles de simples diodes électroluminescentes pourraient remplacer des pompes mécaniques complexes. Ces OptoAssays imitent non seulement le comportement des cellules biologiques, mais utilisent également leur programmation génétique.
Nous les connaissons tous depuis la pandémie de COVID-19 : ces petites cassettes au papier décoloré qui nous donnent une réponse - positive ou négative - en quelques minutes. Dans un test rapide SARS-CoV-2, elles indiquent si une protéine spécifique des coronavirus est présente ou non dans l'échantillon de liquide, le réactif. Un test de grossesse fonctionne de la même manière. Ici, la présence de l'hormone hCG entraîne la coloration de la ligne de test. Dans les deux cas, on utilise un test à flux latéral, c'est-à-dire un test dans lequel l'écoulement latéral du réactif entraîne l'affichage d'un résultat. Ce mouvement unidirectionnel du liquide sur le papier est créé uniquement par les forces capillaires, sans aucune assistance mécanique ou électrique.
Pour les tests plus complexes, cette méthode de détection n'est pas adaptée. Dans ce cas, il faut des tests qui permettent un contrôle bidirectionnel des liquides, c'est-à-dire le transport à l'intérieur et à l'extérieur du système de test. Malheureusement, ces tests en plusieurs étapes reposent sur des pompes coûteuses et sujettes à l'usure. Ces pompes évacuent à plusieurs reprises les molécules non liées du système, garantissant que seules les particules à détecter restent attachées aux anticorps de détection.
Des chercheurs de l'université de Fribourg et de l'INM ont trouvé une solution qui permet de concevoir des tests complexes sans avoir recours à un équipement coûteux et encombrant. Dans le dernier numéro de la revue Science Advances, ils présentent des essais biologiques dans lesquels les pompes mécaniques complexes et coûteuses ont été remplacées par des diodes électroluminescentes (DEL) simples et bon marché. Ces OptoAssays permettent le mouvement bidirectionnel des biomolécules induit par la lumière et la lecture des résultats des tests sans qu'il soit nécessaire de procéder à des étapes de lavage mécanique supplémentaires.
Lumière allumée - lumière éteinte : le résultat du test est prêt.
Un OptoAssay utilise une zone émettrice et une zone réceptrice, qui sont mises en contact par l'ajout du réactif de test. La zone émettrice contient une protéine spéciale qui réagit à la lumière. Cette protéine peut lier ou libérer des molécules spécifiques, en fonction du type de lumière qu'elle capte. Lorsqu'une LED émet une lumière rouge d'une longueur d'onde de 660 nanomètres, les molécules se lient à la protéine. Lors du passage à une lumière rouge lointaine d'une longueur d'onde de 740 nanomètres, les molécules se détachent de la protéine. Dans la zone réceptrice se trouvent des anticorps spécifiquement conçus pour reconnaître et capturer la protéine cible dans le réactif de test.
Les chercheurs se sont inspirés de la nature pour mettre au point cette méthode, notamment de la façon dont les plantes réagissent à la lumière. Chaque cellule possède un noyau où est stocké son code génétique. L'ADN contient le "programme" de la cellule, qui lui indique ce qu'elle doit faire. Pour activer ou désactiver ce programme, certaines protéines doivent entrer et sortir du noyau. Le professeur Wilfried Weber, biologiste de synthèse et directeur scientifique de l'INM, explique le mécanisme : "Dans le cytoplasme, la zone qui entoure le noyau, se trouve un photorécepteur qui peut être contrôlé par la lumière. Lorsqu'il reçoit de la lumière rouge, il s'active et s'attache à une protéine de liaison. Cette protéine de liaison transporte ensuite le photorécepteur dans le noyau, où elle peut déclencher, par exemple, un programme de croissance. Lorsque la longueur d'onde de la lumière passe au rouge lointain, cette liaison est à nouveau interrompue".
Cependant, le lien avec la nature ne se limite pas à la méthode elle-même. Les photorécepteurs de l'OptoAssay, qui libèrent les réactifs, sont fabriqués à partir de matériaux naturels, contrairement aux pompes généralement utilisées dans l'OptoAssay. Les gènes contenant l'information pour le photorécepteur dans les cellules végétales sont extraits de la plante et insérés dans des bactéries. Ces bactéries produisent ensuite le photorécepteur et la protéine de liaison, qui sont utilisés dans l'OptoAssay. Ainsi, les composants mécaniques d'origine sont remplacés par des matériaux naturellement durables.
Les chercheurs voient un grand potentiel pour l'utilisation des OptoAssays dans les diagnostics au point d'intervention, c'est-à-dire en dehors du laboratoire, à l'instar des tests de flux latéral. Le Dr Can Dincer, de l'université de Fribourg, explique : "Les OptoAssays peuvent être facilement contrôlés et lus à l'aide de smartphones et pourraient, à l'avenir, rendre inutiles les systèmes de contrôle de flux externes tels que les pompes et les dispositifs de lecture de signaux. Ils ouvrent donc la voie à de nouveaux outils de diagnostic qui permettent des analyses rentables et simples directement sur place, même dans des environnements aux ressources limitées."
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.
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