Comme la science médicale a compris que le corps humain est contrôlé au niveau moléculaire par diverses protéines, les hormones, médicaments, et d'autres substances, des technologies se sont développées pour détecter les niveaux de ces molécules afin de surveiller la santé et de diagnostiquer les maladies. Cependant, beaucoup de ces molécules sont si petites qu'elles ne peuvent pas être détectées par les techniques d'analyse les plus largement disponibles, en laissant des questions sur des substances cruciales comme les acides aminés, sucres, et les lipides largement sans réponse.

Maintenant, des scientifiques du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard et du Brigham and Women's Hospital (BWH) ont créé un nouveau type d'immuno-essai capable de détecter de petites molécules avec une sensibilité 50 fois supérieure à celle des méthodes de détection conventionnelles, et peut être facilement intégré dans les plates-formes de diagnostic existantes. La recherche est décrite dans le Journal de l'American Chemical Society .

"La sensibilité analytique améliorée de notre test permet des mesures de petites molécules à des concentrations extrêmement faibles, et ouvre une fenêtre sur des phénomènes biologiques jusque-là inaccessibles, " a déclaré l'auteur principal David Walt, Doctorat., un membre principal du corps professoral du Wyss Institute qui est également le professeur Hansjörg Wyss de génie biologiquement inspiré à la Harvard Medical School (HMS) et professeur de pathologie au BWH, ainsi qu'un professeur HHMI.

La nouvelle approche est basée sur un type d'analyse appelé dosage immunologique compétitif, dans lequel une quantité connue d'une molécule d'intérêt marquée et un échantillon avec une quantité inconnue de la molécule sont tous deux ajoutés à une matrice d'anticorps auxquels ils se lient. Les molécules marquées et non marquées « rivalisent » alors pour les mêmes sites de liaison d'anticorps. En analysant la quantité de la molécule d'intérêt marquée qui est liée aux anticorps par rapport au nombre total de sites d'anticorps disponibles, il est possible de conclure que les sites restants sont liés par la molécule non marquée de l'échantillon, permettant de déterminer la concentration de cette molécule.

Les chercheurs ont créé deux types d'immunoessais compétitifs qui utilisaient des méthodes légèrement différentes pour capturer de petites molécules d'intérêt, basé sur le système Simoa de Quanterix. La première méthode utilise des microbilles magnétiques recouvertes de la molécule cible comme compétiteur, tandis que la seconde méthode attache la molécule cible à l'enzyme bêta-galactosidase, qui se lie ensuite aux billes magnétiques pour former le complexe concurrent. Après avoir laissé les mélanges billes/anticorps se mélanger avec un échantillon contenant une quantité inconnue de la molécule cible, les billes sont rincées pour éliminer les éventuelles molécules non liées puis ajoutées à un disque Simoa contenant des milliers de micropuits, chacun pouvant contenir une bille liée à une molécule cible. Une réaction a alors lieu qui rend fluorescent tout puits contenant une bille avec la molécule cible marquée. Le nombre réduit de puits fluorescents, moins les molécules cibles marquées sont liées aux billes, et donc plus la concentration de la molécule cible non marquée présente dans l'échantillon est élevée.

Deux petites molécules importantes pour le fonctionnement normal du corps humain ont été analysées :le cortisol et la PGE2. Le cortisol est largement utilisé pour évaluer la fonction des surrénales, pituitaire, et les glandes de l'hypothalamus, tandis que la PGE2 est une molécule de prostaglandine de type hormonal qui influence l'inflammation, la fertilité, et la fonction immunitaire. Les nouvelles méthodes compétitives ont pu détecter leurs cibles avec une sensibilité jusqu'à 50 fois supérieure à celle d'un ELISA classique (test immuno-enzymatique), en une heure environ.

"Notre plan est d'utiliser cette méthode dans le diagnostic pour une meilleure détection des hormones dans les échantillons de sang, " a déclaré le premier auteur Xu Wang, Doctorat., chercheur postdoctoral au BWH et au Wyss Institute. "Nous travaillons pour essayer de commercialiser cette technologie pour la détection rapide de petites molécules pour une variété d'applications cliniques et environnementales."

"L'équipe Walt continue de repousser les limites dans le domaine du diagnostic avec cette avancée. En détectant des molécules auparavant indétectables en une heure, ils ouvrent des approches entièrement nouvelles de diagnostic et de surveillance clinique qui devraient grandement améliorer la santé humaine. C'est précisément le type d'innovation translationnelle que nous espérons permettre et renforcer au Wyss Institute, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire au HMS et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, ainsi que professeur de bio-ingénierie à la Harvard's School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).