Brian Geiss tient un fil qui est un quart de la taille d'un cheveu humain. Crédit :John Eisele/ CSU Photographie
Une équipe de chercheurs de la Colorado State University a mis au point une technologie capable de détecter des quantités extrêmement faibles d'anticorps dans le sang d'une personne. Les anticorps se développent pour infecter les cellules ou tuer les agents pathogènes, essentiellement combattre une bactérie ou un virus. Les niveaux d'anticorps dans le sang peuvent dire si cette personne est malade.
À l'aide d'un petit fil d'un quart de la taille d'un cheveu humain, les chercheurs ont développé un capteur capable de détecter aussi peu que 10 molécules d'anticorps en 20 minutes. Les tests médicaux standard nécessitent des milliards ou des milliards de molécules d'anticorps pour la détection et peuvent prendre jusqu'à une journée pour être traités.
Ce type d'instrument rentable pourrait aider les cliniciens à traiter les maladies plus rapidement chez les personnes et pourrait être utilisé dans les milieux à faibles ressources.
Les résultats des recherches de l'équipe seront publiés le 15 avril dans Biocapteurs et bioélectronique . L'étude, "Un capteur à microfils capacitif ultra-sensible pour les réponses d'anticorps sériques spécifiques aux agents pathogènes, " est publié à l'avance en ligne.
Les limites des tests médicaux standards
Actuellement, la plupart des cabinets médicaux et hôpitaux américains utilisent le test ELISA pour déterminer si une personne a ou non une infection virale. ELISA signifie dosage immuno-enzymatique.
C'est un test courant, mais la sensibilité d'ELISA est relativement faible, dit Brian Geiss, un auteur principal de l'étude et un professeur agrégé au Département de microbiologie, Immunologie, et Pathologie. Cela signifie que les cliniciens ont besoin d'un nombre assez élevé d'anticorps dans le sang d'une personne pour obtenir un résultat de test positif. Il faut également souvent sept à dix jours après une infection pour que le test s'enregistre.
Sur le fil
En utilisant ce que Geiss a décrit comme une technologie très simple, l'équipe de recherche a attaché chimiquement des protéines liées aux virus Zika et chikungunya à de petits fils d'or peu coûteux. Ces virus particuliers, avec le Nil occidental et la dengue, sont transmis par des moustiques infectés. Les laboratoires médicaux utilisent ces protéines dans les tests ELISA pour rechercher des anticorps qui se sont développés pour combattre les infections.
Prochain, ils ont fait passer un courant électrique à travers le fil, créant une charge sur le fil similaire à celle d'une batterie.
Les chercheurs ont ensuite ajouté des anticorps pour se lier aux protéines virales sur le fil, ce qui a augmenté la masse à l'extérieur du fil. Cela a également augmenté la capacité du fil à maintenir la charge. Ils ont ensuite mesuré le changement de masse pour quantifier le nombre d'anticorps à la surface du fil.
Professeurs Chuck Henry, Brian Geiss et David Dandy ont commencé une collaboration de recherche en 2015 par le biais du bureau du vice-président de la recherche à la CSU. Crédit :John Eisele/ CSU Photographie
Trois chercheurs, trois collèges différents
La recherche s'appuie sur les travaux du laboratoire du professeur Chuck Henry du département de chimie. Henri, un co-auteur sur le papier, et son laboratoire ont développé plusieurs simples, appareils électrochimiques bon marché au cours des 10 dernières années.
Professeur David Dandy, également auteur principal de l'article et chef du Département de génie chimique et biologique, a déclaré qu'il était surpris de la sensibilité de l'appareil.
« Nous avons découvert que nous pouvions obtenir une spécificité très élevée pour confirmer une infection virale, " dit Dandy. De plus, l'équipe de recherche n'a constaté aucune réaction ou réactivité des anticorps ciblant d'autres virus, ce qui peut parfois conduire à des résultats de test faussement positifs.
Les scientifiques ont chacun apporté des compétences et une expertise uniques à la table pour ce projet, qui a conduit au succès du groupe.
"Ce type de projet de recherche est quelque chose qu'aucun de nous ne pourrait faire seul, " dit Geiss, ajouter, "nous avons mis en synergie nos efforts pour trouver de nouvelles solutions aux problèmes que nous espérons éventuellement être utilisés dans les milieux cliniques."
L'équipe de recherche espère maintenant combiner cette découverte avec les recherches sur la détection virale qu'elle a précédemment publiées pour créer un système unique capable de détecter à la fois les virus et les anticorps contre les virus dans les échantillons de patients.
"Nous espérons qu'il pourra être utilisé pour des diagnostics au point de service, et qu'il peut être développé en un système portable compact qui peut être utilisé en clinique ou dans des zones à ressources limitées, " dit Geiss.
Ce type de dispositif pourrait également être utilisé en milieu agricole pour la surveillance des maladies du bétail et la détection environnementale.
Lei Wang, qui a récemment reçu un doctorat de la CSU par le biais de la School of Biomedical Engineering et est maintenant stagiaire postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology, est l'auteur principal de l'étude.
Jessica Filer, qui a récemment reçu un doctorat de la CSU dans le cadre du programme de biologie cellulaire et moléculaire, et Meghan Lorenz, un assistant de recherche de premier cycle, sont également co-auteurs de l'étude.
