Détecter des molécules uniques et diagnostiquer des maladies avec un smartphone – Technoguide

Les biomarqueurs jouent un rôle central dans le diagnostic de la maladie et l’évaluation de son évolution. Parmi les marqueurs actuellement utilisés figurent les gènes, les protéines, les hormones, les lipides et d’autres classes de molécules. Les biomarqueurs peuvent être trouvés dans le sang, dans le liquide céphalo-rachidien, l’urine et divers types de tissus, mais la plupart d’entre eux ont un point commun: ils se produisent à des concentrations extrêmement faibles et sont donc techniquement difficiles à détecter et à quantifier.

De nombreuses procédures de détection utilisent des sondes moléculaires, telles que des anticorps ou de courtes séquences d’acide nucléique, conçues pour se lier à des biomarqueurs spécifiques. Lorsqu’une sonde reconnaît et se lie à sa cible, des réactions chimiques ou physiques donnent lieu à des signaux de fluorescence. De telles méthodes fonctionnent bien, à condition qu’elles soient suffisamment sensibles pour reconnaître le biomarqueur pertinent chez un pourcentage élevé de tous les patients qui le portent dans leur sang. De plus, avant que de tels tests basés sur la fluorescence puissent être utilisés dans la pratique, les biomarqueurs eux-mêmes ou leurs signaux doivent être amplifiés. L’objectif ultime est de permettre la réalisation d’un dépistage médical directement sur les patients, sans avoir à envoyer les échantillons à un laboratoire éloigné pour analyse.

Les antennes moléculaires amplifient les signaux de fluorescence Philip Tinnefeld, titulaire d’une chaire de chimie physique au LMU, a développé une stratégie pour déterminer les niveaux de biomarqueurs présents à de faibles concentrations. Il a réussi à coupler des sondes ADN à de minuscules particules d’or ou d’argent. Les paires de particules («dimères») agissent comme des nano-antennes qui amplifient les signaux de fluorescence. L’astuce fonctionne comme suit: les interactions entre les nanoparticules et les ondes lumineuses entrantes intensifient les champs électromagnétiques locaux, ce qui conduit à son tour à une augmentation massive de l’amplitude de la fluorescence. De cette manière, les bactéries qui contiennent des gènes de résistance aux antibiotiques et même des virus peuvent être spécifiquement détectées.

«Les nano-antennes à base d’ADN ont été étudiées ces dernières années», déclare Kateryna Trofymchuk, première co-auteur de l’étude. “Mais la fabrication de ces nanostructures présente des défis.” Le groupe de recherche de Philip Tinnefeld a maintenant réussi à configurer plus précisément les composants de leurs nano-antennes et à positionner les molécules d’ADN qui servent de sondes de capture sur le site d’amplification du signal. Ensemble, ces modifications permettent au signal de fluorescence d’être amplifié plus efficacement. De plus, dans le volume minuscule impliqué, qui est de l’ordre des zeptolitres (un zeptolitre équivaut à 10-21 d’un litre), encore plus de molécules peuvent être capturées.

Le degré élevé de contrôle de positionnement est rendu possible par la nanotechnologie de l’ADN, qui exploite les propriétés structurelles de l’ADN pour guider l’assemblage de toutes sortes d’objets à l’échelle nanométrique – en très grand nombre. «Dans un seul échantillon, nous pouvons produire simultanément des milliards de ces nano-antennes, en utilisant une procédure qui consiste essentiellement à pipeter quelques solutions ensemble», déclare Trofymchuk.

Diagnostics de routine sur le smartphone «À l’avenir», déclare Viktorija Glembockyte, également coauteur de la publication, «notre technologie pourrait être utilisée pour des tests de diagnostic même dans les zones où l’accès à l’électricité ou aux équipements de laboratoire est limité. Nous avons montré que nous pouvons détecter directement de petits fragments d’ADN dans le sérum sanguin, à l’aide d’un microscope portable basé sur un smartphone fonctionnant sur un bloc d’alimentation USB conventionnel pour surveiller le test. ” Les nouveaux smartphones sont généralement équipés de très bons appareils photo. En dehors de cela, tout ce dont vous avez besoin est un laser et une lentille – deux composants facilement disponibles et bon marché. Les chercheurs du LMU ont utilisé cette recette de base pour construire leurs prototypes.

Ils ont ensuite démontré que des fragments d’ADN spécifiques des gènes de résistance aux antibiotiques chez les bactéries pouvaient être détectés par cette configuration. Mais le test pourrait être facilement modifié pour détecter toute une gamme de types de cibles intéressants, tels que les virus. Tinnefeld est optimiste: “L’année écoulée a montré qu’il y a toujours un besoin de méthodes de diagnostic nouvelles et innovantes, et peut-être que notre technologie pourra un jour contribuer au développement d’un test de diagnostic peu coûteux et fiable qui peut être réalisé à domicile.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Ludwig-Maximilians-Universität München. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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