En 2008, un contaminant a échappé aux garanties de qualité dans l'industrie pharmaceutique et s'est infiltré dans une grande partie de l'approvisionnement de l'héparine anticoagulante populaire, écoeurant des centaines et tuant environ 100 aux États-Unis.

Il a fallu une équipe de chercheurs dirigée par la Food and Drug Administration des États-Unis pour confirmer le contaminant, une toxine structurellement similaire à l'héparine qui a été attribuée à un fournisseur chinois. Mais la détection de l'impureté a nécessité « un effort énorme de la part des poids lourds du monde de la chimie, " a déclaré Jason Dwyer, professeur agrégé de chimie à l'Université de Rhode Island.

Après près de huit ans de recherche, Dwyer a développé une méthode plus simple et plus rapide pour détecter l'impureté dans l'héparine, tout en créant un processus qui pourrait avoir des avantages plus larges. Ses recherches ont été dévoilées aujourd'hui dans la prestigieuse revue en ligne Communication Nature , partie de la suite de revues de l'éditeur de Nature.

"Il existe des tests beaucoup plus sophistiqués et coûteux pour détecter l'impureté, " dit Dwyer, de la Providence, R.I. "Ce que nous avons pu faire, c'est - de manière très peu coûteuse et rapide - relever l'héparine par empreintes digitales et dire quand il y a un contaminant dedans."

La recherche, "Enquête sur les nanopores de nitrure de silicium pour l'assurance qualité de la glycémie et de l'héparine, " pourrait également être utilisé pour analyser toute la classe de molécules à laquelle appartient l'héparine avec une large utilisation dans le diagnostic biomédical, les produits pharmaceutiques et la détection environnementale. Les études plus larges de Dwyer sur les sucres ont été renforcées en juillet par un montant de 318 $, 000 bourses de la National Science Foundation.

Par exemple, Dwyer a dit, la nouvelle technique de détection pourrait servir d'outil d'assurance qualité dans l'ensemble de l'industrie pharmaceutique, surtout avec une poussée accrue pour développer plus de médicaments à base de sucre, comme l'héparine. "Les sucres sont incroyablement importants, " dit Dwyer, dont les recherches dans le passé ont été publiées dans des revues de renom La nature et Science . "C'est ainsi que les bactéries communiquent entre elles. C'est ainsi que nous allons concevoir de nombreux nouveaux médicaments. Nous avons donc besoin de nouveaux outils pour analyser les sucres."

Pour développer la nouvelle technique de détection, Dwyer s'est tourné vers une méthode de détection éprouvée dans le séquençage de l'ADN et des protéines. Le capteur est constitué d'un trou, ou nanopore, moins d'un millième de l'épaisseur d'un cheveu humain, assis sur une membrane encore plus fine, et teste les substances au plus petit niveau détectable – une seule molécule.

Pendant que le capteur, un nanopore de nitrure de silicium à l'état solide, a bien fonctionné pour l'ADN, il a dû être rééquipé pour les molécules de sucre, qui sont beaucoup plus complexes, dit Dwyer, dont le groupe a été l'un des premiers à se concentrer sur les sucres.

A partir de 2010, le projet s'est développé avec d'autres travaux de l'équipe de Dwyer. Il a fallu des années pour fabriquer et affiner les appareils, affiner le nanopore et empêcher l'ouverture de se boucher. « Un bon nombre d'étudiants ont travaillé sur ce projet au fil des ans, " Dwyer a dit. "Nous n'avons pas cédé. Nous nous sommes cognés la tête contre le mur pendant un certain temps et nous avons réalisé que nous devions faire pas mal de travail fondamental avant de pouvoir détecter. »

Un problème inattendu a été résolu par Buddini Karawdeniya, auteur principal de l'article qui a terminé son doctorat en chimie à l'URI au printemps. Lorsqu'elle a tenté de faire passer des molécules de sucre à travers le nanopore, ils sont allés en arrière. « En 1996, les gens ont compris comment l'ADN pouvait être détecté avec un nanopore, " a déclaré Dwyer. " Il y avait quelques bizarreries, mais cela a fonctionné comme prévu. Les sucres dès le départ n'ont pas agi comme prévu. Donc Buddini a dû regarder ce qui avait été fait pendant 20 ans, mais sachez qu'elle a dû recommencer à un certain niveau."

Avec la crise de 2008, les chercheurs avaient réussi à identifier et à détecter le contaminant sulfate de chondroïtine sursulfaté, qui était presque identique à l'héparine. En utilisant le nanopore affiné, Les recherches de Dwyer ont porté sur les deux échantillons, déterminé que les signaux qu'ils généraient étaient identiques à 99 %, et conçu des techniques d'analyse pour utiliser la différence de 1 pour cent pour détecter de manière fiable l'impureté.

"Le test que nous avons proposé prend environ 20 minutes, " il a dit, "et fonctionne à des concentrations cliniquement pertinentes."

L'objectif est de rendre la détection de l'impureté encore plus rapide, jusqu'aux minutes et secondes. À la fois, l'appareil devra être adapté pour un utilisateur commercial qui peut ne pas avoir l'expertise d'un chercheur dans un laboratoire de développement technologique. Aussi, l'outil devrait fonctionner avec précision dans un environnement moins contrôlé.

« C'est là que la recherche commence à se transformer en développement, et nous commençons à affiner encore plus les conditions et les dispositifs, " dit Dwyer. " Souvent, la découverte est la partie la plus facile. L'affiner pour l'utilisateur final prend du temps."

Le nanopore issu de la recherche sur l'héparine a été conçu dans cet esprit. Il utilise une technologie similaire à celle que l'on trouve dans presque tous les appareils électroniques grand public, dit Dwyer, il existe donc déjà une industrie prête à produire les capteurs à grande échelle.

"Nous essayons toujours de penser au marché de consommation, " dit-il. " Ce que nous faisons dans le laboratoire est une chose - et c'est une chose vitale - mais comment le traduisons-nous dans le monde réel ? "