La technologie miniature, un grand espoir pour la détection des maladies


  

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IMAGE: Tout d'abord, un timbre souple est encré avec la solution APTES (i). Le tampon est ensuite pressé sur la surface de verre (ii). Un canal microfluidique est placé sur le modèle APTES …
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Crédit: Université d'études supérieures d'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST)

  

Le domaine de la médecine est toujours à l'affût de meilleurs outils de diagnostic de la maladie – des technologies plus simples, plus rapides et moins coûteuses pour améliorer le traitement et les résultats du patient. Actuellement, les dispositifs de dosage biologique microfluidique sont les outils de diagnostic préférés qui permettent aux cliniciens de mesurer la concentration des biomarqueurs de maladies dans l'échantillon biologique d'un patient, comme le sang. Ils peuvent indiquer la probabilité d'une maladie en fonction de la comparaison de la concentration de biomarqueurs dans l'échantillon par rapport au niveau normal. Pour détecter cette concentration, l'échantillon du patient est passé à travers une surface contenant des biorécepteurs immobilisés ou des molécules de "capture de biomarqueurs" qui ont été attachées à cette surface. Un chercheur peut ensuite enregistrer l'abondance des biomarqueurs, déterminer si le niveau est normal et atteindre un diagnostic. Étant donné que l'efficacité de ces dispositifs repose sur la façon intacte et fonctionnelle des biorécepteurs attachés, l'immobilisation de ces biorécepteurs sans causer de dégâts s'est révélée ardue.

Au cours des deux dernières décennies, l'impression par microcontact, qui utilise un tampon en caoutchouc pour immobiliser les biorécepteurs, a été établie comme une méthode robuste pour créer une variété de tests avec de multiples applications. Pourtant, cette méthode a également ses défauts, en particulier lorsqu'il est utilisé à l'échelle nanométrique – l'échelle où règnent les protéines et l'ADN. À cette échelle, les techniques sévères et élaborées actuellement utilisées compromettent la résolution de l'appareil, que ce soit en déformant le timbre ou en endommageant les biorécepteurs, rendant ainsi les données un peu encombrantes pour des diagnostics ou d'autres applications. Cependant, dans un article récent publié dans la revue Analyste les chercheurs de l'Université d'études supérieures de l'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) décrivent une nouvelle séquence d'étapes d'impression qui ont corrigé ces problèmes.

Pour l'impression par microcontact, "vous avez besoin d'un timbre, d'une encre et d'une surface, puis vous créez votre motif sur votre surface. C'est aussi simple que cela", explique Shivani Sathish, étudiant au doctorat OIST dans le domaine Micro / Bio / Unité Nanofluidique et premier auteur sur le papier.

Le tampon est constitué de polydiméthylsiloxane, qui est un solide flexible semblable au caoutchouc utilisé dans les timbres quotidiens. L'encre est une solution composée de molécules contenant du silicium et des oxydes appelées APTES, et la surface est en verre. Après avoir enlevé le timbre avec l'encre, le tampon est pressé sur le verre, puis retiré après une courte incubation. Le résultat est une couche structurée d'APTES sur le verre – un damier de régions avec ou sans APTES. Ensuite, un dispositif microfluidique, qui contient un ou plusieurs microcanaux configurés pour guider le fluide à travers des voies spécifiées, est scellé sur le verre à motifs. Enfin, les biorécepteurs sont chimiquement liés aux régions APTES dans les canaux microfluidiques. Le dispositif dans son ensemble est de la taille d'un timbre-poste.

Le système est maintenant prêt à être utilisé comme test diagnostique. Pour effectuer le dosage, un échantillon de fluide d'un patient est délivré à travers le dispositif microfluidique attaché au verre. Si le biomarqueur de la maladie pertinent est présent, la molécule va "coller" dans les zones contenant les biorécepteurs.

Ce qui est important pour la solution APTES, c'est sa chimie pratique. "Selon votre biorécepteur d'intérêt, il vous suffit de choisir la chimie appropriée pour lier la molécule avec les APTES", explique Mme Sathish. En d'autres termes, un tampon peut être utilisé pour préparer un dosage avec la possibilité d'immobiliser une variété de différents biorécepteurs: un tampon permet de multiples tests et diagnostics sur une seule surface. Cette fonctionnalité serait avantageuse pour le diagnostic de maladies complexes telles que le cancer, qui repose sur des tests permettant de détecter plusieurs marqueurs pour améliorer le diagnostic.

Dans leurs recherches, Mme Sathish et ses collègues ont développé une technique améliorée pour créer le dispositif de diagnostic de la maladie le plus optimal à utiliser à l'échelle nanométrique. Ici, ils ont d'abord modelé les fonctionnalités à l'échelle nanométrique d'APTES en utilisant une encre faite d'APTES dans l'eau, par opposition aux produits chimiques sévères, qui ont éliminé le problème de gonflement du tampon. Ensuite, ils ont immobilisé les biorécepteurs sur la surface comme la dernière étape du processus, après avoir modelé l'APTES et attaché le dispositif microfluidique. En attachant les biorécepteurs en tant que dernière étape, les chercheurs ont évité de les exposer à des conditions extrêmes et préjudiciables. Ils ont ensuite démontré l'efficacité du dispositif final en exécutant un dosage pour capturer les biomarqueurs de l'interleukine 6 et de la protéine c-réactive humaine, deux substances qui sont souvent élevées dans le corps pendant l'inflammation.

"L'objectif final est de créer un dispositif de point de service", explique le professeur d'OIST, Amy Shen, qui a dirigé la recherche.

"Si vous obtenez vos biorécepteurs pré-immobilisés dans les dispositifs microfluidiques, vous pouvez les utiliser comme outils de diagnostic au besoin", poursuit Mme Sathish. "[Eventually] au lieu d'avoir toute une équipe clinique qui traite votre échantillon … nous espérons que les patients peuvent le faire eux-mêmes à la maison".

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