Vous transpirez et êtes fiévreux et vous ne savez pas pourquoi. Heureusement, Les scientifiques de Sandia National Laboratories disposent d'un appareil qui peut identifier ce qui ne va pas en moins d'une heure.

Contrairement à la plupart des appareils de diagnostic médical qui ne peuvent effectuer qu'un seul type de test (tests de protéines ou d'acides nucléiques), le SpinDx de Sandia peut désormais effectuer les deux. Cela lui permet d'identifier presque toutes les causes de maladie, y compris les virus, bactéries, toxines ou marqueurs du système immunitaire de l'exposition aux agents chimiques.

Le nouvel ajout d'un élément chauffant permet à SpinDx de faire des tests d'acide nucléique, qui recherchent les codes génétiques trouvés dans tout type de virus, parasite ou bactérie. La technologie peut également détecter des protéines de toxine en même temps, et déterminer s'ils sont actifs ou non - une distinction essentielle pour adapter correctement le niveau de réponse médicale.

La portabilité de l'appareil, abordabilité, la rapidité et la fiabilité sont essentielles pour lutter contre les épidémies de maladies infectieuses dans les endroits les plus touchés et les moins en mesure de se permettre un laboratoire avec des instruments traditionnels. Dans les pays en développement, la diarrhée est la deuxième cause de décès chez les enfants de moins de 5 ans, selon les rapports de l'Organisation mondiale de la santé. Ces décès sont en grande partie évitables lorsque les causes sont détectées et que le traitement est administré tôt.

C'est pour aider à sauver ces vies que les scientifiques de Sandia ont décidé de tester les nouvelles capacités de SpinDx sur les causes potentielles des maladies diarrhéiques. Les recherches de Sandia montrent que SpinDx détecte avec succès les toxines et les bactéries causant la diarrhée dans les échantillons de selles. Les résultats de ces tests ont été récemment publiés dans la revue Biocapteurs et bioélectronique .

Tourner vers des solutions

SpinDx ressemble un peu à un lecteur DVD dans un boîtier en plastique résistant aux intempéries. Il dispose d'un disque jetable qui distribue des gouttes de cru, échantillons biologiques non traités dans différents canaux qui fonctionnent, selon le chimiste de Sandia Chung-Yan Koh, comme "des dizaines de minuscules tubes à essai".

Cette étape de distribution automatique est un gain de temps considérable. Chris Phaneuf, explique un ancien bioingénieur de Sandia, "au lieu d'avoir à déposer les échantillons traités un par un dans des dizaines de minuscules chambres, vous pouvez charger un échantillon brut dans un seul, port central qui distribue uniformément votre échantillon dans chaque canal. » Phaneuf est maintenant ingénieur en fluidique senior chez Illumina à San Diego, où il développe des technologies pour la recherche génétique.

Quand le disque tourne, les échantillons interagissent avec les réactifs de test à l'intérieur des canaux, et, comme le dit Phaneuf, "s'il y a une correspondance, ils s'attacheront." En d'autres termes, s'il y a une interaction chimique entre l'échantillon et le réactif, un laser rouge fait briller la pointe du canal, signaler un agent infectieux à une interface logicielle qui affiche le résultat.

Auparavant, SpinDx n'effectuait que des tests de protéines, qui recherchent à la fois des protéines et des anticorps spécifiques du pathogène. Les anticorps sont des protéines fabriquées par le système immunitaire en réponse aux infections. Lorsque les virus disparaissent plus tard du sang, les anticorps qui les ont rincés sont encore détectables. Les tests de protéines peuvent également identifier des toxines mortelles comme la neurotoxine botulique, dont une cuillère à café a le potentiel de tuer environ 100 millions de personnes, selon Phaneuf.

Faire briller une LAMPE sur les symptômes

Grâce à son nouvel élément chauffant et sa capacité à faire un nouveau dosage, SpinDx peut effectuer des tests d'acide nucléique capables d'identifier le virus ou la bactérie responsable des symptômes tels que la diarrhée. "Il est beaucoup plus rapide de détecter l'agent pathogène responsable dans un échantillon que d'attendre qu'un corps produise des anticorps contre une infection, " a déclaré Phaneuf. "Être capable de faire les deux types de tests brosse le tableau le plus complet de ce qu'il y a dans le système d'une personne."

Les tests viraux conventionnels (via la réaction en chaîne par polymérase ou PCR) nécessitent de chauffer et de refroidir un échantillon biologique plusieurs fois pour multiplier tout ADN ou ARN viral à des niveaux détectables. Phaneuf et Koh ont mis en œuvre un nouveau schéma de test et de détection développé par Sandia dans la mise à jour SpinDx, qui utilise une chimie qui nécessite que l'échantillon soit chauffé une seule fois.

Dans d'autres systèmes, la méthode d'amplification isotherme à médiation par boucle (LAMP) de chauffage d'un échantillon a lieu au sommet d'un petit bloc chauffant qui crée un seul, température uniforme à l'intérieur d'un appareil. SpinDx utilise un minuscule émetteur de chaleur infrarouge qui plane en haut de l'appareil, en ciblant la partie du disque tournant effectuant le test et nulle part ailleurs.

Être capable de contrôler le flux de chaleur permet différentes zones de température à l'intérieur de SpinDx, permettant les tests simultanés d'acides nucléiques et de protéines. Les tests d'acide nucléique nécessitent une température qui détruirait normalement les protéines d'un échantillon.

Une révolution diagnostique

SpinDx a été autorisé par des partenaires industriels (voir page 34) pour des utilisations aussi diverses que les tests de fertilité masculine et la surveillance de la sécurité de l'approvisionnement en eau. Avec ses nouvelles capacités, la technologie a le potentiel d'améliorer les problèmes de diagnostic dans des contextes du monde entier, et pas seulement pour les humains.

Phaneuf a décrit un virus hautement contagieux qui ravage les chèvres et les moutons dans certaines parties du monde où ces animaux sont au cœur des moyens de subsistance des peuples. Ces communautés n'ont souvent pas accès à un laboratoire, mais cet outil pourrait rapidement diagnostiquer leurs animaux et permettre un traitement approprié.

Sandia utilise également actuellement la technologie pour la recherche dans des applications aussi diverses que la bioénergie et la détection de guerre chimique. Dans le cas précédent, les scientifiques utilisent SpinDx pour rechercher des prédateurs qui pourraient provoquer le crash des algues cultivées pour les biocarburants et les produits chimiques renouvelables.

Dans le dernier cas, Koh teste les soldats pour l'exposition aux agents de guerre chimique. Le projet financé par la Defense Threat Reduction Agency utilisera SpinDx pour rechercher des biomarqueurs d'exposition. Le contrôle de la température dans cette recherche est essentiel, car cela rend le test plus précis, dit Koh.

En outre, il y a une très courte fenêtre de traitement si un soldat est exposé à un agent chimique. La vitesse à laquelle SpinDx peut fournir des résultats pourrait aider à garantir que le traitement est administré à temps pour qu'il soit efficace.

La capacité d'effectuer avec précision tous ces tests en même temps dans un seul appareil portable et de lire les résultats en une heure ou moins distingue SpinDx des autres systèmes disponibles. Traditionnellement, ces résultats ont nécessité un laboratoire bien équipé et doté de techniciens expérimentés.

Koh et Phaneuf disent qu'ils aimeraient voir des batteries et des panneaux solaires ajoutés à SpinDx, le rendant déployable presque n'importe où. Cela pourrait même un jour aider un médecin à déterminer rapidement si vos symptômes de maladie sont dus à la grippe, ta nourriture, ou tout autre chose.