Les chercheurs du Little Devices Lab du MIT ont développé un ensemble de blocs modulaires qui peuvent être assemblés de différentes manières pour produire des dispositifs de diagnostic. Ces appareils "plug-and-play", qui nécessitent peu d'expertise à assembler, peut tester la glycémie chez les patients diabétiques ou détecter une infection virale, entre autres fonctions.

« Notre motivation à long terme est de permettre aux petits, laboratoires à faibles ressources pour générer leurs propres bibliothèques de diagnostics plug-and-play pour traiter leurs populations de patients locaux de manière indépendante, " dit Anna Young, co-directeur du Little Devices Lab du MIT, maître de conférences à l'Institut d'ingénierie médicale et des sciences, et l'un des principaux auteurs de l'article.

En utilisant ce système, appelés blocs Ampli, l'équipe du MIT travaille sur des dispositifs pour détecter le cancer, ainsi que le virus Zika et d'autres maladies infectieuses. Les blocs sont bon marché, coûte environ 6 cents pour quatre blocs, et ils ne nécessitent pas de réfrigération ou de manipulation spéciale, les rendant attrayantes pour une utilisation dans le monde en développement.

"Nous voyons ces kits de construction comme un moyen de réduire les obstacles à la fabrication de technologies médicales, " dit José Gomez-Marquez, co-directeur du Little Devices Lab et auteur principal de l'article.

Elizabeth Phillips '13, un étudiant diplômé à l'Université Purdue, est également l'auteur principal de l'article, qui paraît dans le journal Matériaux de santé avancés le 16 mai. D'autres auteurs incluent Kimberly Hamad-Schifferli, professeur agrégé d'ingénierie à l'Université du Massachusetts à Boston et chercheur invité au département de génie mécanique du MIT; Nikolas Albarran, un ingénieur senior au Little Devices Lab; Jonas Butler, un junior du MIT ; et Kaira Lujan, un ancien étudiant invité du Little Devices Lab.

Diagnostic personnalisé

Durant la dernière décennie, de nombreux chercheurs ont travaillé sur de petites, appareils de diagnostic portables basés sur des réactions chimiques qui se produisent sur des bandes de papier. Beaucoup de ces tests utilisent la technologie du flux latéral, qui est la même approche utilisée dans les tests de grossesse à domicile.

Malgré ces efforts, ces tests n'ont pas été largement déployés. Un obstacle, dit Gomez-Marquez, est que bon nombre de ces appareils ne sont pas conçus pour une fabrication à grande échelle. Un autre est que les entreprises peuvent ne pas être intéressées à produire en masse un diagnostic pour une maladie qui n'affecte pas un grand nombre de personnes.

Les chercheurs du Little Devices Lab ont réalisé qu'ils pourraient mettre ces diagnostics entre les mains de beaucoup plus de personnes s'ils créaient un kit de composants modulaires pouvant être assemblés pour générer exactement ce dont l'utilisateur a besoin. À cette fin, ils ont créé environ 40 blocs de construction différents que les travailleurs de laboratoire du monde entier pourraient facilement assembler eux-mêmes, tout comme les gens ont commencé à assembler leurs propres radios et autres appareils électroniques à partir de "planches à pain" électroniques disponibles dans le commerce dans les années 1970.

"Quand la maquette électronique est sortie, Cela signifiait que les gens n'avaient pas à se soucier de construire leurs propres résistances ou condensateurs. Ils pourraient s'inquiéter de ce qu'ils voulaient réellement utiliser pour l'électronique, qui est de faire tout le circuit, " dit Gomez-Marquez.

Dans ce cas, les composants sont constitués d'une feuille de papier ou de fibre de verre prise en sandwich entre un bloc de plastique ou de métal et un couvercle en verre. Les blocs, qui sont d'environ un demi-pouce sur chaque bord, peuvent s'emboîter le long de n'importe quel bord. Certains blocs contiennent des canaux pour que les échantillons circulent directement, certains ont des tours, et certains peuvent recevoir un échantillon d'une pipette ou mélanger plusieurs réactifs ensemble.

Les blocs peuvent également remplir différentes fonctions biochimiques. Beaucoup contiennent des anticorps qui peuvent détecter une molécule spécifique dans un échantillon de sang ou d'urine. Ces anticorps sont attachés à des nanoparticules qui changent de couleur lorsque la molécule cible est présente, indiquant un résultat positif.

Ces blocs peuvent être alignés de différentes manières, permettant à l'utilisateur de créer des diagnostics basés sur une réaction ou une série de réactions. Dans un exemple, les chercheurs ont combiné des blocs qui détectent trois molécules différentes pour créer un test pour l'acide isonicotinique, qui peut révéler si les patients tuberculeux prennent leurs médicaments.

Les blocs sont codés par couleur par fonction, facilitant l'assemblage d'appareils préconçus à l'aide d'instructions que les chercheurs prévoient de mettre en ligne. Ils espèrent également que les utilisateurs développeront et apporteront leurs propres spécifications au guide en ligne.

Meilleure performance

Les chercheurs ont également montré qu'à certains égards, ces blocs peuvent surpasser les versions précédentes des appareils de diagnostic papier. Par exemple, ils ont découvert qu'ils pouvaient passer plusieurs fois un échantillon sur une bandelette réactive, améliorer le signal. Cela pourrait faciliter l'obtention de résultats fiables à partir d'échantillons d'urine et de salive, qui sont généralement plus dilués que les échantillons de sang, mais sont plus faciles à obtenir auprès des patients.

"Ce sont des choses qui ne peuvent pas être faites avec des tests d'écoulement latéral standard, parce que ceux-ci ne sont pas modulaires - vous ne pouvez les exécuter qu'une seule fois, " dit Hamad-Schifferli.

L'équipe travaille maintenant sur des tests pour le virus du papillome humain, paludisme, et la maladie de Lyme, entre autres. Ils travaillent également sur des blocs capables de synthétiser des composés utiles, y compris les médicaments, ainsi que des blocs qui intègrent des composants électriques tels que des LED.

L'objectif ultime est de mettre la technologie entre les mains de petits laboratoires dans les pays industrialisés et en développement, afin qu'ils puissent créer leurs propres diagnostics. L'équipe du MIT les a déjà envoyés dans des laboratoires au Chili et au Nicaragua, où ils ont été utilisés pour développer des dispositifs permettant de surveiller l'adhésion des patients au traitement antituberculeux et de rechercher une variante génétique qui rend le paludisme plus difficile à traiter.

Catherine Klaprich, doyen associé à la recherche et professeur agrégé de génie biomédical à l'Université de Boston, affirme que le travail de l'équipe du MIT contribuera à rendre le processus de conception du diagnostic plus inclusif.

« En réduisant les obstacles à la conception de nouvelles fluidiques papier au point de service, le travail invite des non-experts et aboutira certainement à de nouvelles idées et collaborations dans des contextes du monde entier, " dit Klapperich, qui n'a pas participé à la recherche. « Les démonstrations pratiques du système présentées ici sont appelées à être immédiatement utiles, tandis que les possibilités pour les autres de s'appuyer sur l'outil sont grandes."

Les chercheurs étudient maintenant des techniques de fabrication à grande échelle, et ils espèrent lancer une entreprise pour fabriquer et distribuer les kits dans le monde entier.

"Nous sommes ravis d'ouvrir la plateforme à d'autres chercheurs afin qu'ils puissent utiliser les blocs et générer leurs propres réactions, " dit le jeune.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.