Un jeûne, technique peu coûteuse pour voir et compter les virus ou les protéines d'un échantillon en temps réel, sans aucun produit chimique ni colorant, pourrait être à la base d'une nouvelle classe d'appareils de diagnostic rapide et de surveillance de la charge virale, y compris le VIH et le virus qui cause le COVID-19.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign ont décrit la technique, appelé Microscopie à diffusion interférométrique à résonateur photonique, ou PRISME, dans la revue Communication Nature .

"Nous avons développé une nouvelle forme de microscopie qui amplifie l'interaction entre la lumière et les matériaux biologiques. Nous pouvons l'utiliser pour des formes très rapides et sensibles de tests de diagnostic, et aussi comme un outil très puissant pour comprendre les processus biologiques à l'échelle des éléments individuels, comme compter des protéines individuelles ou enregistrer des interactions de protéines individuelles, " a déclaré le responsable de l'étude Brian Cunningham, la chaire Intel Alumni Endowed d'ingénierie électrique et informatique et membre du Holonyak Micro and Nanotechnology Lab et de l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique de l'Illinois.

Dans les microscopes optiques, la lumière rebondit sur toutes les molécules ou virus qu'elle rencontre sur une lame, créer un signal. Au lieu d'une lame de verre ordinaire, la technique PRISM utilise le cristal photonique :une surface de verre nanostructurée qui réfléchit brillamment une seule longueur d'onde de la lumière. Le groupe de Cunningham a conçu et fabriqué un cristal photonique qui réfléchit la lumière rouge, pour que la lumière d'un laser rouge soit amplifiée.

"Les molécules que nous examinons - dans cette étude, les virus et les petites protéines sont extrêmement petits. Ils ne peuvent pas diffuser suffisamment de lumière pour créer un signal pouvant être détecté par un microscope optique conventionnel, " a déclaré l'étudiant diplômé Nantao Li, le premier auteur de l'article. « L'avantage d'utiliser le cristal photonique est qu'il amplifie l'intensité de la lumière, il est donc plus facile de détecter ces signaux et nous permet d'étudier ces protéines et virus sans aucun marqueur chimique ou colorant qui pourrait modifier leur état naturel ou entraver leur activité. utilisez simplement le signal de diffusion intrinsèque comme indicateur pour déterminer si ces molécules sont présentes. »

Les chercheurs ont vérifié leur technique en détectant le virus qui cause le COVID-19. PRISM a détecté des coronavirus individuels alors qu'ils traversaient la surface de la lame. Les chercheurs ont également utilisé PRISM pour détecter des protéines individuelles telles que la ferritine et le fibrinogène. La technique pourrait permettre aux chercheurs d'étudier de telles cibles biologiques dans leur état naturel, en observant l'interaction des protéines, par exemple, ou les chercheurs pourraient ensemencer la surface de la lame de cristal photonique avec des anticorps ou d'autres molécules pour capturer les éléments ciblés et les maintenir en place.

"Il faut 10 secondes pour obtenir une mesure, et pendant ce temps nous pouvons compter le nombre de virus capturés sur le capteur, " a déclaré Cunningham. "C'est une méthode de détection en une seule étape qui fonctionne à température ambiante. C'est aussi rapide, très sensible et à faible coût. C'est très différent de la façon standard dont nous effectuons actuellement les tests viraux, qui consiste à casser les virus, extraire leur matériel génétique et le soumettre à un processus d'amplification chimique afin que nous puissions le détecter. Cette méthode, appelé PCR, est précis et sensible, mais il faut du temps, des équipements spécialisés et des techniciens formés."

Le groupe de Cunningham travaille à incorporer la technologie PRISM dans les dispositifs de diagnostic rapide pour la surveillance de la charge virale COVID-19 et VIH. Le groupe explore des prototypes de dispositifs qui intègrent des filtres pour les échantillons de sang et même des chambres de condensation pour les tests d'haleine.

"Nous allons également l'utiliser comme outil de recherche pour la biologie et le cancer, " Cunningham a déclaré. "Nous pouvons l'utiliser pour comprendre les interactions protéiques qui font partie des processus de la maladie. Nous sommes intéressés à l'utiliser pour détecter ces minuscules vésicules que les cellules cancéreuses répandent, et de voir de quels tissus ils proviennent, pour le diagnostic, et aussi pour étudier quelle cargaison ils transportent depuis les cellules cancéreuses. »