Le biocapteur et le lecteur sont conçus pour être utilisés à domicile ou sur un lieu de soins. Le système peut transmettre les résultats sans fil aux médecins, aux patients, aux soignants et à la famille des patients. Crédit : David Baillot/Université de Californie à San Diego
Les prochaines étapes consistent à tester des échantillons de salive et d’urine avec le biocapteur.
Une équipe internationale de scientifiques a créé un appareil portable non invasif capable de détecter des biomarqueurs pour Alzheimer et les maladies de Parkinson. Ce biocapteur peut également envoyer sans fil les résultats à un ordinateur portable ou un smartphone.
Le dispositif a été testé avec succès sur des échantillons in vitro de patients, démontrant précision comparable aux méthodes actuelles les plus avancées. La phase suivante consiste à expérimenter des échantillons de salive et d’urine à l’aide de ce biocapteur. En outre, il est possible d’adapter l’appareil pour détecter des biomarqueurs pour diverses autres conditions médicales.
Des chercheurs ont récemment présenté leurs résultats dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Le dispositif repose sur une détection électrique plutôt que chimique, qui, selon les chercheurs, est plus facile à mettre en œuvre et plus précise.
Le biocapteur se compose d’une puce avec un transistor hautement sensible, constitué d’une couche de graphène d’une épaisseur d’un seul atome et de trois électrodes : des électrodes de source et de drain, connectées aux pôles positifs et négatifs d’une batterie, pour faire circuler le courant électrique, et un électrode de grille pour contrôler la quantité de courant. Crédit : David Baillot/Université de Californie à San Diego
« Ce système de diagnostic portable permettrait de tester à domicile et sur les lieux de soins, comme dans les cliniques et les maisons de retraite, les maladies neurodégénératives à l’échelle mondiale », a déclaré Ratnesh Lal, professeur de bio-ingénierie, de génie mécanique et de science des matériaux à l’école Jacobs de l’UC San Diego. of Engineering et l’un des auteurs correspondants de l’article.
Le besoin urgent d’une détection précoce
D’ici 2060, environ 14 millions d’Américains souffriront de la maladie d’Alzheimer. D’autres maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson, sont également en augmentation. Les méthodes de dépistage de pointe actuelles pour la maladie d’Alzheimer et de Parkinson nécessitent une ponction lombaire et des tests d’imagerie, y compris une IRM. En conséquence, la détection précoce de la maladie est difficile, car les patients rechignent aux procédures invasives. Les tests sont également difficiles pour les patients qui présentent déjà des symptômes et ont des difficultés à se déplacer ainsi que pour ceux qui n’ont pas accès rapidement aux hôpitaux ou aux établissements médicaux locaux.
L’une des hypothèses dominantes dans le domaine, sur laquelle Lal s’est concentré, est que la maladie d’Alzheimer est causée par des peptides amyloïdes solubles qui se rassemblent en molécules plus grosses, qui à leur tour forment des canaux ioniques dans le cerveau.
Un gros plan du puits de silicium dans le biocapteur avec le transistor à base de graphène en bas. Crédit : David Baillot/Université de Californie à San Diego
Lal souhaitait développer un test capable de détecter les peptides amyloïdes bêta et tau – biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer – et les protéines alpha-synucléine – biomarqueurs de la maladie de Parkinson – de manière non invasive, en particulier à partir de la salive et de l’urine. Il souhaitait s’appuyer sur la détection électrique plutôt que chimique, car il pense qu’elle est plus facile à mettre en œuvre et plus précise. Il souhaitait également construire un appareil capable de transmettre sans fil les résultats des tests à la famille et aux médecins du patient. L’appareil est le résultat de ses trois décennies d’expertise, ainsi que de sa collaboration avec des chercheurs du monde entier, y compris les co-auteurs de ces travaux du Texas et de Chine.
« J’essaie d’améliorer la qualité de vie et de sauver des vies », a-t-il déclaré.
Pour concrétiser la vision de Lal, lui et ses collègues ont adapté un dispositif qu’ils ont développé pendant la pandémie de COVID pour détecter les protéines de pointe et les nucléoprotéines dans le corps vivant. SRAS-CoV-2 viruslequel ils ont décrit dans PNAS en 2022. Cette avancée a été rendue possible grâce à la miniaturisation des puces et à l’automatisation à grande échelle de la fabrication des biocapteurs.
Comment l’appareil est fabriqué et comment il fonctionne
Le dispositif décrit dans l’étude PNAS 2023 est constitué d’une puce dotée d’un transistor haute sensibilité, communément appelé transistor à effet de champ (FET). Dans ce cas, chaque transistor est constitué d’un graphène couche qui est une seule atome épais (GFET, avec le G signifiant graphène) et trois électrodes : des électrodes de source et de drain, connectées aux pôles positifs et négatifs d’une batterie, pour faire circuler le courant électrique, et une électrode de grille pour contrôler la quantité de courant.
Connecté à l’électrode de grille est un seul ADN brin, qui sert de sonde qui se lie spécifiquement aux protéines amyloïdes bêta, tau ou synucléine. La liaison de ces amyloïdes avec leur sonde de brin d’ADN spécifique, appelée aptamère, modifie la quantité de courant circulant entre l’électrode source et l’électrode drain. Le changement de ce courant ou de cette tension est le signal utilisé pour détecter les biomarqueurs spécifiques, comme les amyloïdes ou COVID 19 protéines.
L’équipe de recherche a testé le dispositif avec des protéines amyloïdes dérivées du cerveau de patients décédés atteints de la maladie d’Alzheimer et de Parkinson. Les expériences ont montré que les biocapteurs étaient capables de détecter les biomarqueurs spécifiques pour les deux conditions avec une grande précision, à égalité avec les méthodes de pointe existantes. L’appareil fonctionne également à des concentrations extrêmement faibles, ce qui signifie qu’il nécessite de petites quantités d’échantillons, jusqu’à quelques microlitres seulement.
De plus, les tests ont montré que l’appareil fonctionnait bien même lorsque les échantillons analysés contenaient d’autres protéines. Les protéines Tau étaient plus difficiles à détecter. Mais comme l’appareil examine trois biomarqueurs différents, il peut combiner les résultats des trois pour arriver à un résultat global fiable.
La technologie a été concédée sous licence par l’UC San Diego à une startup de biotechnologie, Ampera Life. Lal est le président de la société mais ne reçoit aucun soutien financier de la société pour ses recherches.
Les prochaines étapes comprennent des analyses de sang plasma et du liquide céphalorachidien avec l’appareil, puis enfin des échantillons de salive et d’urine. Les tests auraient lieu en milieu hospitalier et dans des maisons de retraite. Si ces tests se déroulent bien, Ampera Life prévoit de demander l’approbation de la FDA pour l’appareil, espérons-le dans les cinq ou six prochains mois. L’objectif ultime est de commercialiser l’appareil d’ici un an.
Le financement de la recherche provenait du Instituts nationaux de la santé, l’Université de Californie à San Diego et l’Académie chinoise des sciences. En outre, les chercheurs ont utilisé des installations faisant partie du centre de recherche et d’ingénierie sur les matériaux de l’UC San Diego, financé par la NSF.
