Un nouveau test d'anticorps développé par une équipe qui comprend deux chercheurs de la SMU a le potentiel de détecter la présence d'anticorps générés en réponse à COVID-19 plus rapidement et avec plus de précision que les tests d'anticorps actuels.

Les tests d'anticorps sont essentiels pour aider à déterminer combien de cas de coronavirus n'ont pas été détectés et si les personnes qui ont eu le virus pourraient maintenant être immunisées - des mesures qui peuvent aider la communauté des soins de santé à gérer la pandémie de COVID-19 et à planifier l'avenir. Mais les tests d'anticorps immunocapteurs conventionnels ont tendance à être lents à montrer des résultats et souvent inexacts.

Les chercheurs estiment que le test de laboratoire sur puce pourrait détecter les réponses immunitaires au coronavirus en deux à trois minutes, avec juste une goutte de sang. Les matériaux utilisés pour créer le test sont peu coûteux, ce qui devrait se traduire par une production de masse à faible coût.

Ali Beskok et J.-C. Chiao sont les principaux chercheurs derrière le test de laboratoire sur puce.

Beskok est la Fondation Brown, Inc. Professeur d'ingénierie à la Lyle School of Engineering de SMU. Chiao est la chaire du centenaire Mary et Richard Templeton et professeur au département de génie électrique et informatique de Lyle. Ensemble, ils cumulent plus de 50 ans d'expertise combinée en technologie microfluidique et biotechnologie.

Eva Csaky, directeur exécutif du Hunter and Stephanie Hunt Institute for Engineering &Humanity de SMU ; Bob Hendler, Médecin-chef de l'Association des hôpitaux du Texas ; et Quan-Zhen Li, Directeur de l'UTSW Genomics &Microarray Core Facility, étaient également des consultants sur le projet.

Accélérer le développement du dispositif de laboratoire sur puce pour des utilisations cliniques potentielles, l'équipe est actuellement à la recherche de financement de recherche.

Comment ça fonctionne

Le test de laboratoire sur puce recherchera des signes indiquant que le système immunitaire d'une personne a répondu à un moment donné à la présence de coronavirus dans son corps. Spécifiquement, il détectera les IgG humaines, IgM, et les anticorps IgA qui sont produits lorsqu'une personne est ou a été infectée par le virus.

Le test est effectué en appliquant une goutte de sang sur une puce microfluidique utilisée pour analyser de minuscules quantités de liquide. Un filtre intégré dans la micropuce extrait le plasma de l'échantillon de sang. La puce est ensuite placée dans un instrument électronique qui utilise des mesures électriques pour détecter si des anticorps spécifiques sont présents dans le plasma.

"Notre appareil contient des électrodes hautement sensibles qui peuvent spécifiquement capturer ces anticorps ciblés. Une fois capturés, un signal sera généré vers l'électronique connectée et enverra des informations au smartphone de l'utilisateur, " expliqua Chiao.

La puce mesure 2 cm de diamètre, et le dispositif est suffisamment simple pour que les personnes sans formation médicale puissent effectuer le test, a noté Beskok.

Comment ces électrodes, conducteurs par lesquels les courants électriques peuvent circuler, savent-elles qu'elles ont trouvé un anticorps ciblé ?

La liaison anticorps-antigène est la clé

Un antigène est une protéine qui incite le système immunitaire de l'organisme à attaquer les virus, bactéries, ou d'autres intrus nuisibles au corps. Les anticorps sont les protéines qui font le travail d'élimination de cet intrus en se fixant aux antigènes.

"Nous utiliserons des antigènes COVID-19 tels que les protéines Spike (S1 et S2) qui peuvent être trouvées à la surface du virus. Ceux-ci dépassent de la membrane du virus, et les anticorps s'y attachent, " dit Beskok. " Ces protéines antigéniques recouvrent les surfaces des électrodes comme un tampon collant, et seuls les anticorps spécifiquement appariés s'y attacheront."

Beskok a déclaré que la même technologie peut potentiellement être utilisée pour détecter d'autres maladies qui ont connu une liaison anticorps-antigène.

"Les potentiels sont illimités, " a déclaré Beskok.

SMU (Southern Methodist University) a déposé une demande de brevet provisoire pour la technologie à l'origine du test, qui est appelé test multiplexé pour la réponse immunitaire au COVID-19 (MAIRC).

Beskok et Anil Koklu, qui a obtenu son doctorat. en génie mécanique à SMU, a eu l'idée d'utiliser un appareil "Lab on the Chip" pour détecter le paludisme et la tuberculose en 2018.

Ils ont créé un premier prototype de cet appareil, utilisant des électrodes structurées en nanopiliers en forme de réseau créées à l'Université du Texas à San Antonio. Résultats décrits dans le journal Chimie analytique a montré que le premier appareil détectait avec précision les anticorps IgG en 60 secondes à l'aide d'un petit échantillon (seulement un ng/ml) d'antigènes et d'anticorps achetés en laboratoire.

Beskok et Chiao se sont concentrés sur la détection des anticorps COVID-19 une fois que la pandémie mondiale a commencé. Ils et deux SMU Ph.D. les étudiants ont depuis apporté des modifications à l'appareil. Par exemple, ils ont apporté des modifications à l'équipement électronique utilisé pour lire la puce, afin que le test puisse être effectué n'importe où via un smartphone.

Ils ont également ajouté une méthode de détection supplémentaire pour mesurer la quantité de chaque type d'anticorps - IgG, IgM, ou IgA—se trouve dans un échantillon. Cela permet aux médecins de mieux suivre le rétablissement d'une personne au COVID-19, dit Chiao. En raison de l'étape de détection supplémentaire, Beskok estime qu'il faudra deux à trois minutes à une personne utilisant des tests de laboratoire sur puce pour la détection de COVID pour obtenir des résultats sur son smartphone.

La prochaine étape de la recherche consistera à tester la sensibilité et la spécificité de l'appareil à l'aide d'échantillons de plasma humain achetés en laboratoire et enrichis d'anticorps et d'anticorps achetés en laboratoire. Beskok et Chiao testeront ensuite l'appareil sur le plasma de vrais patients COVID avant qu'il ne soit mis à la disposition du public.

L'étalon-or pour les tests d'anticorps est le dosage immuno-enzymatique, ou ELISA. Ces tests nécessitent qu'une personne se rende dans un laboratoire pour faire prélever son sang, et ils prennent généralement deux jours pour obtenir des résultats.

"Il existe d'autres techniques pour détecter rapidement les anticorps sans utiliser de matériel de laboratoire coûteux, mais ils souffrent de sensibilité, précision, et les problèmes de cohérence, " dit Chiao.

La précision et la vitesse du laboratoire sur puce sont attribuables, en partie, à plusieurs nouveautés. L'un d'eux est l'utilisation de flux électrothermiques à courant alternatif (ACET) pour rapprocher les anticorps du plasma sanguin des surfaces des capteurs dans la puce, afin qu'ils puissent être détectés.

« Une analogie avec ACET est la suivante :pensez à utiliser un ventilateur pour forcer l'air à passer un filtre. Le filtre peut ainsi capturer plus de poussière et de particules dans l'air, " Beskok dit. " De même, L'ACET permet aux anticorps dans le plasma sanguin d'être capturés plus efficacement et détectés par notre appareil."

Beskok et Chiao estiment que le coût de l'instrument électronique pour lire la puce serait d'environ 15 $ à 20 $. Le coût de la cartouche jetable, c'est là qu'irait une goutte de sang, serait probablement inférieur à 1 $.

"Notre objectif ultime est de créer des données quantifiables, précis, vite, et des méthodes de diagnostic peu coûteuses basées sur la détection des IgG humaines, IgM, et les anticorps IgA. Cela n'existe pas actuellement, et cela aurait un impact profond et significatif sur le monde, étant donné l'effet dévastateur de cette pandémie de coronavirus, " dit Chiao.