Une équipe internationale de scientifiques a créé un appareil portatif non invasif capable de détecter les biomarqueurs des maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Le biocapteur peut également envoyer les résultats des tests sans fil à un ordinateur portable ou un smartphone.
Le dispositif a été testé avec succès sur des échantillons de patients in vitro, démontrant une précision comparable aux méthodes de pointe actuelles. La prochaine phase consistera à mener des expériences sur des échantillons de salive et d’urine à l’aide de ce biocapteur. De plus, l’appareil pourrait potentiellement être utilisé pour détecter des biomarqueurs pour diverses autres conditions.
Les chercheurs affirment que l’appareil repose sur la détection électrique plutôt que sur la détection chimique, ce qui le rend plus facile à mettre en œuvre et plus précis. Les résultats de leurs recherches ont été récemment publiés dans les Actes de la National Academy of Sciences.
"Ce système de diagnostic portable pourrait permettre des tests à domicile et sur les lieux de soins (comme les cliniques et les maisons de retraite) pour les maladies neurodégénératives à l'échelle mondiale", a déclaré Ratnesh Lal, professeur de bio-ingénierie, de génie mécanique et de science des matériaux à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego et l'un des auteurs correspondants de l'article.
Besoin urgent d’une détection précoce
D'ici 2060, environ 14 millions d'Américains seront touchés par la maladie d'Alzheimer. D’autres maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson, sont également en augmentation. Les tests de pointe actuels 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 sont dissuadés par les procédures invasives. Les tests sont également difficiles pour les patients qui présentent déjà des symptômes, ont une mobilité limitée et ne peuvent pas se rendre suffisamment tôt dans un hôpital ou un établissement médical local.
Une hypothèse populaire dans le domaine où Lal concentre ses recherches est que la maladie d'Alzheimer est causée par des peptides amyloïdes solubles qui s'agrègent en molécules plus grosses et forment des canaux ioniques dans le cerveau.
Lal espère développer un test capable de détecter de manière non invasive les peptides amyloïdes bêta et tau, des biomarqueurs de la maladie d'Alzheimer, et l'alpha-synucléine, un biomarqueur de la maladie de Parkinson, en particulier à partir de la salive et de l'urine. Il souhaite s'appuyer sur des tests électroniques plutôt que sur des tests chimiques, car il estime que les tests électroniques sont plus faciles à mettre en œuvre et plus précis. Il souhaite également construire un appareil capable de transmettre sans fil les résultats des tests aux familles des patients et aux médecins. L'appareil est le point culminant de trois décennies d'expertise et de collaboration avec des chercheurs du monde entier, y compris des co-auteurs de ces travaux du Texas et de Chine.
Pour réaliser la vision de Lal, lui et ses collègues ont adapté un dispositif qu'ils ont développé pendant la pandémie de COVID pour détecter les pointes et les nucléoprotéines dans les virus SARS-CoV-2 vivants, qu'ils ont décrit en 2022 dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS). La miniaturisation des puces et l’automatisation à grande échelle de la fabrication des biocapteurs ont rendu cette avancée possible.
Comment l'équipement est fabriqué et fonctionne
Le dispositif décrit dans l’étude 2023 Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) se compose d’une puce dotée de transistors hautement sensibles, communément appelés transistors à effet de champ (FET). Dans ce cas, chaque transistor est constitué d'une couche de graphène d'un atome d'épaisseur (GFET, où G signifie graphène) et de trois électrodes - une source et un drain (connectés aux bornes positives et négatives de la batterie, utilisées pour faire circuler le courant) et une grille (utilisée pour contrôler la quantité de courant).
Attaché à la porte se trouve un brin d’ADN qui sert de sonde qui se lie spécifiquement à la bêta amyloïde, à la tau ou à la synucléine. La liaison de ces protéines amyloïdes à leurs sondes de brin d'ADN spécifiques, appelées aptamères, modifie l'ampleur du courant entre la source et le drain. Ce changement de courant ou de tension est le signal utilisé pour détecter des biomarqueurs spécifiques, tels que les protéines amyloïdes ou COVID-19.
L'équipe a testé le dispositif sur de l'amyloïde dérivé du cerveau de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et de Parkinson. Les résultats expérimentaux montrent que le biocapteur est capable de détecter très précisément des biomarqueurs spécifiques pour les deux maladies, à égalité avec les méthodes de pointe existantes. L’appareil fonctionne également à des concentrations extrêmement faibles, ce qui signifie qu’il nécessite un petit volume d’échantillon de quelques microlitres seulement.
De plus, des tests ont montré que l'appareil fonctionne bien même si les échantillons analysés contiennent d'autres protéines. La protéine Tau est plus difficile à détecter. Mais comme l’appareil détecte trois biomarqueurs différents, il peut combiner les résultats des trois pour donner un résultat global fiable.
La technologie a été concédée sous licence par l'UC San Diego à AmperaLife, une startup de biotechnologie. Lal est le président de la société, mais ses recherches ne sont actuellement pas financées par la société.
Les prochaines étapes consistent à utiliser l'appareil pour tester des échantillons de plasma et de liquide céphalo-rachidien, et éventuellement des échantillons de salive et d'urine. Des tests seront effectués dans les hôpitaux et les maisons de retraite. Si ces tests se déroulent bien, AmperaLife prévoit de demander l'approbation de la FDA pour le dispositif, qu'elle espère recevoir dans les cinq ou six prochains mois. L’objectif ultime est de commercialiser l’appareil d’ici un an.
Compilé à partir de ScitechDaily