La plateforme de test d'anticorps, développé par des chercheurs de l'Unité Micro/Bio/Nanofluidique de l'OIST. Crédit :OIST
Des tests d'anticorps robustes et généralisés sont devenus une stratégie clé dans la lutte contre le SRAS-CoV-2, le virus responsable de la pandémie de COVID-19. Cependant, les méthodes de test actuelles sont trop imprécises ou trop coûteuses pour être réalisables à l'échelle mondiale. Mais maintenant, des scientifiques de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont développé une test d'anticorps fiable et peu coûteux.
Le dispositif, décrit dans une étude de preuve de concept publiée cette semaine dans Biocapteurs et bioélectronique , utilise la technologie portable de laboratoire sur puce pour mesurer avec précision la concentration d'anticorps présents dans le plasma sanguin dilué.
Les anticorps sont des protéines produites par le système immunitaire pour neutraliser le virus. La recherche a montré que les anticorps COVID-19 sont présents dans les derniers stades de l'infection et peuvent persister dans le sang après la disparition de l'infection, permettant d'identifier les individus précédemment infectés. Les tests d'anticorps sont donc un moyen important de déterminer la propagation complète du coronavirus, une information cruciale pour orienter les politiques de santé publique.
Et pourtant, de nombreux pays n'ont jusqu'à présent pas utilisé de tests d'anticorps à grande échelle.
« De nombreuses plateformes existantes pour les tests d'anticorps sont précises et fiables, mais elles sont coûteuses et doivent être réalisées en laboratoire par des opérateurs formés. Cela signifie que cela peut prendre des heures, voire des jours, obtenir des résultats, " a déclaré le Dr Riccardo Funari, premier auteur et chercheur postdoctoral dans l'Unité Micro/Bio/Nanofluidique de l'OIST. "D'autres tests sont plus faciles à utiliser, portable et rapide, mais ne sont pas suffisamment précis, ce qui entrave les efforts de test."
Les chercheurs ont évité ce compromis entre précision et accessibilité en développant une plate-forme alternative de test d'anticorps qui combine une puissante technologie de détection de la lumière avec une puce microfluidique. La puce fournit des résultats dans les 30 minutes et est très sensible, détectant même la concentration d'anticorps cliniquement pertinente la plus faible. Chaque puce est peu coûteuse à fabriquer et élimine le besoin d'un laboratoire ou d'opérateurs formés, accroître la faisabilité des tests à l'échelle nationale.
Et il y a un autre avantage distinctif de cette plate-forme nouvellement développée. "Le test ne détecte pas seulement si les anticorps sont présents ou absents, il fournit également des informations sur la quantité d'anticorps produits par le système immunitaire. En d'autres termes, c'est quantitatif, " a déclaré le professeur Amy Shen, qui dirige l'Unité Micro/Bio/Nanofluidique. « Cela élargit considérablement ses applications potentielles, du traitement du COVID-19 à l'utilisation dans le développement de vaccins. »
La longueur d'onde de la lumière absorbée par les nanopointes change en fonction de son environnement local. Le principe est à la base de la détection de la présence et de la quantité d'anticorps liés aux nanospikes recouverts de protéines. Crédit :OIST
Illuminer les anticorps
La plate-forme de test d'anticorps se compose d'une puce microfluidique qui est intégrée à une sonde lumineuse à fibre optique. La puce elle-même est constituée d'une lame de verre recouverte d'or avec un canal microfluidique intégré. En utilisant une tension électrique, l'équipe a fabriqué des dizaines de milliers de minuscules structures en or hérissées, chacun plus petit que la longueur d'onde de la lumière, sur une lame de verre.
Les chercheurs ont ensuite modifié ces nanospikes d'or en attachant un fragment de la protéine de pointe SARS-CoV-2. Cette protéine est cruciale pour aider le coronavirus à infecter les cellules et provoque une forte réaction du système immunitaire d'une personne infectée.
Dans cette étude de preuve de concept, les scientifiques ont démontré le principe de la façon dont le test détecte les anticorps en utilisant un échantillon de plasma humain artificiel enrichi d'anticorps COVID-19 spécifiques à la protéine de pointe.
A l'aide d'un pousse-seringue, l'échantillon est prélevé à travers la puce. Au fur et à mesure que le plasma passe devant les nanopointes d'or recouvertes de protéines, les anticorps se lient aux fragments de protéine de pointe. Cet événement de liaison est ensuite détecté par la sonde lumineuse à fibre optique.
"Le principe de détection est simple mais puissant, " a déclaré le Dr Funari. Il a expliqué que cela est basé sur le comportement unique des électrons à la surface des nanopointes d'or, qui oscillent ensemble lorsqu'ils sont frappés par la lumière. Ces électrons résonants sont très sensibles aux changements de l'environnement environnant, comme la liaison d'anticorps, ce qui provoque un décalage de la longueur d'onde de la lumière absorbée par les nanopointes.
"Plus il y a d'anticorps qui se lient, plus le décalage de la longueur d'onde de la lumière absorbée est important, " a ajouté le Dr Funari. " La sonde à fibre optique est connectée à un détecteur de lumière qui mesure ce décalage. En utilisant ces informations, nous pouvons déterminer la concentration d'anticorps dans l'échantillon de plasma."
Les flèches vertes indiquent la direction dans laquelle l'échantillon se déplace à travers la puce, en raison de l'action de la pompe à seringue. Crédit :OIST
Un brillant avenir
Le déploiement à grande échelle d'un test quantitatif pourrait avoir un impact considérable sur la façon dont COVID-19 est traité.
Par exemple, des tests quantitatifs pourraient aider les médecins à déterminer l'efficacité avec laquelle le système immunitaire d'un patient combat le virus. Il pourrait également être utilisé pour aider à identifier des donneurs appropriés pour un traitement expérimental prometteur, appelée thérapie transfusionnelle plasmatique, où le sang riche en anticorps d'un patient récupéré est donné à des patients actuellement infectés pour les aider à combattre le virus.
Être capable de mesurer le niveau de réponse immunitaire peut également aider au développement de vaccins, permettant aux chercheurs de déterminer l'efficacité avec laquelle un vaccin d'essai déclenche le système immunitaire.
Cependant, les chercheurs ont souligné que l'appareil est toujours en cours de développement actif. L'unité vise à réduire la taille des puces pour réduire les coûts de fabrication et travaille également à l'amélioration de la fiabilité du test.
"Nous avons montré que l'appareil fonctionnait pour détecter différentes concentrations de l'anticorps protéique de pointe dans des échantillons de plasma humain artificiel. Nous voulons maintenant étendre le test afin que la puce puisse détecter plusieurs anticorps différents en même temps, " a déclaré le Dr Funari. " Une fois l'appareil optimisé, nous prévoyons de collaborer avec les hôpitaux locaux et les institutions médicales pour effectuer des tests sur de vrais échantillons de patients."
