Des chercheurs russes de l'Institut de physique générale Prokhorov de l'Académie des sciences de Russie (GPI RAS) et de l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT) ont mis au point la première méthode ultrasensible au monde pour la détection rapide de petites molécules. Cette méthode détecte des traces de toxines, les hormones, vitamines et autres molécules biologiquement actives importantes pour la surveillance de la santé et de la sécurité alimentaire, entre autres applications possibles. L'étude est publiée dans le numéro de novembre de Analytica Chimica Acta .

Le nouveau test à flux latéral repose sur des marqueurs magnétiques et prend moins de 30 minutes. Il est 100 fois plus sensible que le dosage immuno-enzymatique, ou ELISA, utilisé pour les tests de laboratoire conventionnels. Les auteurs ont démontré l'efficacité de la nouvelle approche sur un essai modèle mesurant la thyroxine dans le sérum sanguin humain. La thyroxine est l'une des hormones clés produites par la glande thyroïde et est utile pour surveiller sa fonction. La procédure de dosage est abordable et suffisamment simple pour être effectuée sur le lieu des soins, juste après la prise de sang.

La raison pour laquelle il est nécessaire de détecter des composés à petites molécules avec une sensibilité élevée est qu'ils ont souvent un effet important sur le corps, même à de faibles concentrations. Actuellement ELISA est considéré comme l'étalon-or pour mesurer la concentration de petites molécules. Cependant, cette méthode nécessite des laboratoires adéquatement équipés avec un personnel hautement qualifié pour sa mise en œuvre. La sensibilité de la détection des hormones thyroïdiennes pourrait être augmentée par des dosages radio-immunologiques avec des marqueurs radioactifs qui ont des demi-vies courtes malgré leurs limitations importantes et qui sont potentiellement dangereux. D'autres analyses conventionnelles nécessitent une longue préparation des échantillons et un équipement spécialisé.

Le dosage à flux latéral (LFA), largement connu pour son application dans les tests de grossesse, représente une alternative intéressante. Par rapport à ELISA, il est moins élaboré et techniquement complexe. Cependant, dans beaucoup de pays, il dispose d'une approbation réglementaire pour l'obtention de résultats de seuil uniquement et uniquement pour les cas pour lesquels une sensibilité élevée n'est pas essentielle. C'est donc un objectif primordial du diagnostic médical de développer une méthode de détection de petites molécules qui soit rapide, sensible, et simple.

Dans l'étude rapportée dans cette histoire, une équipe de recherche conjointe du GPI RAS et du MIPT a développé un kit de dosage qui utilise un LFA modifié avec des nanomarqueurs magnétiques et des ligands bifonctionnels. Pour tester les capacités et les limites du nouveau système, les auteurs ont choisi de détecter la thyroxine, la principale hormone thyroïdienne, comme modèle. De plus, cela a conféré à leurs recherches une signification clinique.

L'agencement du nouveau dosage immunologique magnétique diffère du LFA conventionnel à plusieurs égards (voir figure 1). Le sérum sanguin d'un patient, qui est testé pour la thyroxine libre, est complétée simultanément par des anticorps magnétiques marqués par des nanoparticules et par un ligand thyroxine bifonctionnel. Ce ligand bifonctionnel est une thyroxine liée de manière covalente à la biotine via un « pont » qui relie les deux molécules mais les espace également. Les anticorps sur nanoparticules magnétiques peuvent ainsi se lier à la fois à la thyroxine du sérum sanguin et au ligand bifonctionnel. Après un certain temps, suffisamment pour que les molécules de la solution se lient les unes aux autres, le mélange est déposé sur une membrane. Les particules liées au ligand bifonctionnel sont piégées sur la ligne test de la streptavidine, une protéine possédant une affinité extraordinairement élevée pour la biotine. Pour récupérer les résultats du dosage, les chercheurs ont utilisé des équipements électroniques d'origine, qui utilise la méthode de quantification des particules magnétiques ultrasensibles, ou MPQ. Elle implique une remagnétisation non linéaire des particules par un champ magnétique alternatif à deux fréquences et une détection ultérieure de la réponse inductive à des fréquences combinatoires. Avec la précision de la méthode MPQ, la haute affinité du ligand bifonctionnel envers la bandelette réactive assure une sensibilité sans précédent du dosage atteignant une limite de détection d'environ 1 million de molécules de l'hormone par millilitre (16 femtogrammes !) avec une plage dynamique de trois ordres.

Petr Nikitine, Doctorat., qui a dirigé l'équipe de recherche, a partagé plus de détails sur l'étude :« Nos méthodes de mesure de la concentration de composés à petites molécules sont effectuées via des bandelettes immunochromatographiques universelles avec de la streptavidine sur la ligne de détection. ils sont faciles à reproduire et à étendre. Pour développer des tests pour d'autres analytes, nous aurions besoin d'anticorps standard et de ligands bifonctionnels spéciaux, dont la synthèse pour de petites molécules est difficile."

"Heureusement, notre boîte à outils comprend des techniques et des équipements interférométriques originaux que nous avons développés précédemment, qui permettent la détection en temps réel de la dynamique des interactions moléculaires, " a expliqué Petr Nikitin, Diplômé du MIPT 1979 et responsable d'un laboratoire au GPI RAS. « Nous avons utilisé cet équipement pour identifier les immunoréactifs optimaux et les ligands bifonctionnels thyroxine-biotine, qui par nature de leur espacement, La structure « pontée » rend les deux petites molécules disponibles pour une interaction efficace avec les deux grandes molécules, à savoir, avec l'anticorps de détection et la streptavidine. Cela nous a fait gagner beaucoup de temps pour le développement des tests et a largement contribué au succès de cette recherche. »

L'auteur principal de l'article, Alexeï Orlov, Doctorat., chercheur au GPI RAS et au Nanobiotechnology Lab du MIPT, a ajouté:"Nous utilisons des particules magnétiques comme nanomarqueurs de réactions immunochimiques. Un appareil portable détecte quantitativement ces particules avec une précision record à partir de tout le volume de la zone de réaction 3-D sur une bandelette de test, plutôt que de la surface d'une membrane, comme cela arrive dans le cas des étiquettes optiques. C'est l'un des facteurs assurant la simplicité de nos mesures à ultra-faible concentration de petites molécules dans des milieux complexes. Par conséquent, pratiquement tout le monde est équipé pour effectuer des tests d'une sensibilité unique sans préparation d'échantillons élaborée."

« Le nouveau test est une technique de test au point de service dont les caractéristiques dépassent considérablement les systèmes existants de diagnostic en laboratoire, " a déclaré Sergueï Znoïko, Doctorat., le premier auteur de l'article. "À l'avenir, en élargissant la gamme des molécules biologiques ainsi détectables, nous serions en mesure de réaliser un dosage multiparamétrique de milieux complexes tels que le sang qui serait beaucoup moins cher que ses analogues actuels."

« Cette approche est simple, abordable, et adaptable pour la détection d'autres petites molécules, " a déclaré Natalia Guteneva, étudiante diplômée du MIPT, qui a co-écrit l'étude. "Nous espérons qu'il sera activement utilisé pour rechercher de nouveaux marqueurs de maladies, en diagnostic médical, suivi écologique, contrôle de la sécurité alimentaire, biosécurité, et ailleurs."