Plus d’aiguilles pour les tests diagnostiques? Un patch microneedle presque indolore peut rechercher des anticorps et plus encore dans le liquide entre les cellules – Technoguide

Les prises de sang ne sont pas amusantes.

Ils font mal. Les veines peuvent éclater, voire rouler, comme si elles essayaient également d’éviter l’aiguille.

Souvent, les médecins utilisent des échantillons de sang pour rechercher des biomarqueurs de la maladie: des anticorps qui signalent une infection virale ou bactérienne, comme le SRAS-CoV-2, le virus responsable du COVID-19; ou des cytokines indiquant une inflammation observée dans des conditions telles que la polyarthrite rhumatoïde et la septicémie.

Ces biomarqueurs ne sont pas seulement dans le sang, cependant. On les retrouve également dans le milieu liquide dense qui entoure nos cellules, mais en faible abondance qui rend difficile leur détection.

Jusqu’à maintenant.

Les ingénieurs de la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à Saint-Louis ont développé un patch micro-aiguille qui peut être appliqué sur la peau, capturer un biomarqueur d’intérêt et, grâce à sa sensibilité sans précédent, permettre aux cliniciens de détecter sa présence.

La technologie est peu coûteuse, facile à utiliser pour un clinicien ou pour les patients eux-mêmes, et pourrait éliminer le besoin de se rendre à l’hôpital juste pour une prise de sang.

La recherche, du laboratoire de Srikanth Singamaneni, professeur Lilyan & E. Lisle Hughes au Département de génie mécanique et des sciences des matériaux, a été publiée en ligne le 22 janvier dans la revue Nature Biomedical Engineering.

En plus du faible coût et de la facilité d’utilisation, ces patchs à micro-aiguilles présentent un autre avantage par rapport aux prises de sang, peut-être la caractéristique la plus importante pour certains: «Ils sont totalement indolores», a déclaré Singamaneni.

La recherche d’un biomarqueur à l’aide de ces patchs à micro-aiguilles est similaire à un test sanguin. Mais au lieu d’utiliser une solution pour trouver et quantifier le biomarqueur dans le sang, les micro-aiguilles le capturent directement du liquide qui entoure nos cellules dans la peau, appelé liquide interstitiel dermique (ISF). Une fois que les biomarqueurs ont été capturés, ils sont détectés de la même manière – en utilisant la fluorescence pour indiquer leur présence et leur quantité.

L’ISF est une riche source de biomolécules, densément remplie de tout, des neurotransmetteurs aux déchets cellulaires. Cependant, pour analyser les biomarqueurs dans l’ISF, la méthode conventionnelle nécessite généralement l’extraction de l’ISF de la peau. Cette méthode est difficile et généralement la quantité d’ISF qui peut être obtenue n’est pas suffisante pour l’analyse. Cela a été un obstacle majeur pour le développement d’une technologie de biodétection basée sur des micro-aiguilles.

Une autre méthode implique la capture directe du biomarqueur dans l’ISF sans avoir à extraire l’ISF. Comme pour assister à un concert bondé et essayer de se frayer un chemin à l’avant, le biomarqueur doit manœuvrer dans une soupe dynamique et bondée d’ISF avant d’atteindre la micro-aiguille dans le tissu cutané. Dans de telles conditions, il n’est pas facile de capturer suffisamment de biomarqueur pour voir en utilisant le test traditionnel.

Mais l’équipe a une sorte d’arme secrète: les “plasmonic-fluors”, un nanomarqueur de fluorescence ultra-brillant. Par rapport aux marqueurs fluorescents traditionnels, lorsqu’un test a été effectué sur un patch microneedle à l’aide de plasmonique-fluor, le signal des biomarqueurs de protéines cibles a brillé environ 1400 fois plus brillant et devient détectable même lorsqu’ils sont présents à de faibles concentrations.

“Auparavant, les concentrations d’un biomarqueur devaient être de l’ordre de quelques microgrammes par millilitre de fluide”, a déclaré Zheyu (Ryan) Wang, un étudiant diplômé du laboratoire de Singamaneni et l’un des principaux auteurs de l’article. C’est bien au-delà de la gamme physiologique du monde réel. Mais à l’aide de plasmonique-fluor, l’équipe de recherche a pu détecter des biomarqueurs de l’ordre de picogrammes par millilitre.

“C’est des ordres de grandeur plus sensibles”, a déclaré Ryan.

Ces patchs possèdent une multitude de qualités qui peuvent avoir un impact réel sur la médecine, les soins aux patients et la recherche.

Ils permettraient aux prestataires de surveiller les biomarqueurs au fil du temps, ce qui est particulièrement important lorsqu’il s’agit de comprendre comment l’immunité joue dans les nouvelles maladies.

Par exemple, les chercheurs travaillant sur les vaccins COVID-19 doivent savoir si les gens produisent les bons anticorps et pendant combien de temps. «Mettons un patch», a déclaré Singamaneni, «et voyons si la personne a des anticorps contre le COVID-19 et à quel niveau.

Ou, en cas d’urgence, “Quand quelqu’un se plaint de douleurs thoraciques et qu’il est transporté à l’hôpital dans une ambulance, nous espérons que le patch pourra être appliqué sur-le-champ”, Jingyi Luan, un étudiant récemment diplômé de le laboratoire de Singamaneni et l’un des principaux auteurs de l’article, a déclaré. Au lieu d’avoir à se rendre à l’hôpital et à se faire prélever du sang, les ambulanciers ambulanciers pourraient utiliser un patch microneedle pour tester la troponine, le biomarqueur qui indique l’infarctus du myocarde.

Pour les personnes atteintes de maladies chroniques nécessitant une surveillance régulière, les patchs à micro-aiguilles pourraient éliminer les voyages inutiles à l’hôpital, économisant de l’argent, du temps et de l’inconfort – beaucoup d’inconfort.

Les patchs sont presque indolores. “Ils pénètrent à environ 400 microns de profondeur dans le tissu cutané”, a déclaré Singamaneni. “Ils ne touchent même pas les nerfs sensoriels.”

En laboratoire, l’utilisation de cette technologie pourrait limiter le nombre d’animaux nécessaires à la recherche. Parfois, la recherche nécessite de nombreuses mesures successives pour capturer le flux et le reflux des biomarqueurs – par exemple, pour suivre la progression de la septicémie. Parfois, cela signifie beaucoup de petits animaux.

“Nous pourrions réduire considérablement le nombre d’animaux requis pour de telles études”, a déclaré Singamaneni.

Les implications sont vastes – et le laboratoire de Singamaneni veut s’assurer qu’elles sont toutes explorées.

Il y a beaucoup de travail à faire, a-t-il déclaré: «Nous devrons déterminer les seuils cliniques», c’est-à-dire la gamme de biomarqueurs dans l’ISF qui correspond à un niveau normal ou anormal. “Nous devrons déterminer quels niveaux de biomarqueurs sont normaux, quels niveaux sont pathologiques.” Et son groupe de recherche travaille sur les méthodes de livraison pour les longues distances et les conditions difficiles, offrant des options pour améliorer les soins de santé ruraux.

“Mais nous n’avons pas à faire tout cela nous-mêmes”, a déclaré Singamaneni. Au lieu de cela, la technologie sera mise à la disposition des experts dans différents domaines de la médecine.

«Nous avons créé une technologie de plate-forme que tout le monde peut utiliser», a-t-il déclaré. “Et ils peuvent l’utiliser pour trouver leur propre biomarqueur d’intérêt.”

Nous n’avons pas à faire tout cela nous-mêmes

Singamaneni et Erica L. Scheller, professeur adjoint de médecine à la Division des maladies osseuses et minérales de la Faculté de médecine, ont travaillé ensemble pour étudier la concentration de biomarqueurs dans les tissus locaux.

Les approches actuelles pour une telle évaluation nécessitent l’isolement des tissus locaux et ne permettent pas d’inspection successive et continue. Singamaneni et Scheller développent une meilleure plateforme pour réaliser une surveillance à long terme de la concentration locale de biomarqueurs.

Travailler ensemble

Srikanth Singamaneni, professeur Lilyan E. Lisle Hughes au Département de génie mécanique et science des matériaux, et Jai S. Rudra, professeur adjoint au Département de génie biomédical, ont travaillé ensemble pour étudier les vaccins contre la cocaïne, qui agissent en bloquant la capacité de la cocaïne à entrer dans le cerveau.

Les candidats actuels pour un tel vaccin ne confèrent pas de résultats durables; ils nécessitent un boost fréquent. Singamaneni et Rudra voulaient une meilleure façon de déterminer quand les effets du vaccin avaient diminué. “Nous avons montré que nous pouvons utiliser les patchs pour comprendre si une personne produit toujours les anticorps nécessaires”, a déclaré Singamaneni. “Aucune prise de sang nécessaire.”

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