Les chercheurs ont utilisé des composants disponibles dans le commerce pour créer un capteur non seulement peu coûteux, mais capable de détecter rapidement 32 agents pathogènes différents avec une sensibilité comparable à celle des biocapteurs les plus avancés utilisés dans les laboratoires de pathologie. Le nouveau dispositif a des applications allant de la surveillance de l’efficacité des thérapies anticancéreuses à la prévision de l’évolution des maladies virales.
Le diagnostic précoce des maladies profite à la fois aux patients et aux médecins. Il permet aux traitements de ralentir la progression de la maladie et de réduire le risque de complications, améliorant ainsi la santé à long terme. Compte tenu de l'importance du diagnostic précoce, une équipe du laboratoire de recherche Helmholtz Zentrum Dresden-Rosendorf (HZDR) en Allemagne a utilisé des composants disponibles dans le commerce pour créer un dispositif rentable de la taille d'une paume, capable de détecter simultanément 32 agents pathogènes différents.
Pour créer ce nouveau dispositif, les chercheurs ont emprunté des concepts de base au domaine de l'électronique, en utilisant des transistors à effet de champ (FET). Les transistors à effet de champ utilisent des champs électriques pour contrôler le flux d'électricité dans les semi-conducteurs. Il comporte trois composants : source, porte et drain. L'application d'une tension à la surface de la grille modifie son potentiel et contrôle le flux de courant entre la source et le drain. L'appareil « s'allume » uniquement lorsque la tension de grille atteint un certain seuil. Différents agents pathogènes génèrent différents potentiels électriques et donc différents courants. Par exemple, les cellules cancéreuses produisent un courant électrique différent de celui du virus de la grippe. Aucun changement significatif du courant signifie qu'aucune biomolécule pertinente pour la maladie n'est liée à la surface du capteur (porte), et vice versa.
Un inconvénient majeur des biocapteurs traditionnels basés sur des transistors à effet de champ est que la surface de test ne peut pas être réutilisée et que le transistor entier doit être jeté après utilisation, ce qui est coûteux et non respectueux de l'environnement. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé une électrode distincte connectée à la grille du transistor pour mesurer les changements de potentiel électrique.
"Cela nous a donné l'opportunité d'utiliser le transistor plusieurs fois", a déclaré Larysa Baraban, auteur correspondant de l'étude. "Nous avons séparé la porte et l'avons appelée 'porte étendue', une extension du système de test."
Pour améliorer encore le système, les chercheurs ont créé une porte d’expansion dotée de 32 tampons de test capables de détecter plusieurs agents pathogènes.
"Nous espérons certainement que ce système pourra effectuer plusieurs analyses", a déclaré Balaban. "Cela signifie qu'un échantillon peut être testé simultanément pour différents agents pathogènes sur chaque tampon."
Les chercheurs ont utilisé leur appareil pour détecter l'interleukine-6 (IL-6), une protéine produite en réponse à une infection et à des lésions tissulaires. C'est un marqueur puissant de l'activation du système immunitaire et il est élevé en cas d'inflammation, d'infection, de maladie auto-immune, de maladie cardiovasculaire et de certains cancers.
"Qu'il s'agisse d'un simple rhume ou d'un cancer, les concentrations d'IL-6 changent", a déclaré Balaban. "Différentes maladies et différents stades de la maladie produisent différentes manifestations cliniques. C'est pourquoi l'IL-6 est un marqueur très approprié."
Ils ont découvert que l'ajout de nanoparticules d'or, à l'aide d'un kit de nanoparticules disponible dans le commerce conçu pour les chercheurs, pouvait concentrer ou localiser les charges et amplifier le signal de tension, augmentant ainsi la sensibilité de l'appareil. La sensibilité du test était nettement supérieure à celle d’un travail sans nanoparticules.
Ils ont constaté que leur appareil produisait des résultats rapidement, avec des valeurs de sensibilité et de limite de détection (LOD) comparables aux biocapteurs de pointe basés sur des transistors à effet de champ. En fait, l’appareil a une valeur de LOD beaucoup plus faible par rapport à la méthode standard de test immuno-enzymatique (ELISA) couramment utilisée par les laboratoires pour détecter les anticorps dans le sang.
Les chercheurs affirment que leur dispositif de biodétection est peu coûteux et présente une gamme d’applications potentielles, allant de la surveillance des progrès de l’immunothérapie chez les patients atteints de cancer à la prévision de la gravité et de l’évolution de maladies virales telles que la grippe ou le COVID-19.
La recherche a été publiée dans la revue Biosensors and Bioelectronics.