Imaginez un Fitbit qui mesure bien plus que des pas, rythme cardiaque, et les calories brûlées. Il suit en permanence tous les indicateurs de santé physiologique qui nécessitent actuellement des analyses coûteuses et chronophages du plasma sanguin. L'appareil est bon marché, fiable, et alimenté par les mêmes protéines que notre corps produit toute la journée, tous les jours. Bien que cela ressemble à un concept tiré par les cheveux par rapport aux normes d'aujourd'hui, James Galagan, un ingénieur biomédical de l'Université de Boston, affirme que les recherches menées dans son laboratoire pourraient accélérer cet appareil de la planche à dessin à notre vie quotidienne.

Une équipe de chercheurs du laboratoire BU de Galagan et de l'Université de Bordeaux s'est inspirée du seul appareil biométrique à succès commercial qui surveille une fonction physiologique 24 heures sur 24 :le glucomètre en continu, dont la tâche centrale est réalisée par une protéine obtenue à partir d'un microbe qui détecte le glucose.

"Il existe potentiellement des millions de protéines similaires, " dit le chef d'équipe Galagan, un BU College of Engineering professeur agrégé de génie biomédical. "Ils peuvent détecter à peu près tout ce qui affecte notre santé. L'une des principales raisons pour lesquelles nous n'avons pas plus de capteurs comme le capteur de glucose est que les protéines nécessaires à la fabrication de ces capteurs n'ont pas été identifiées."

Donc, L'équipe de Galagan, qui comprend les membres du corps professoral du BU College of Engineering Mark Grinstaff, Allison Dennis, et Catherine Klapperich, part à la recherche de quelques-uns. Leurs découvertes, décrit dans un article publié dans Communication Nature , a utilisé une nouvelle approche de criblage pour identifier le premier capteur bactérien connu pour détecter la progestérone, une hormone féminine qui joue un rôle essentiel dans la reproduction. L'équipe a ensuite développé une technologie qui a traduit les capacités de détection du capteur en une sortie optique, créer le premier temps réel, capteur de progestérone optique et réversible.

La réversibilité du capteur, dit Galagan, lui permet de générer des mesures continues à mesure que le niveau d'hormone augmente et diminue dans le corps, similaire au capteur de glucose. Il distingue également le capteur des méthodes existantes basées sur les anticorps pour mesurer la progestérone, qui ne fournissent qu'une mesure à partir d'un seul point dans le temps.

Dans un test utilisant de l'urine artificielle, les chercheurs ont découvert que le capteur, qui peut être équipé d'un lecteur électronique peu coûteux et portable pour les applications de point de service, pourrait détecter la progestérone avec une spécificité suffisante pour une utilisation clinique. Tout cela suggère qu'il pourrait convenir à un usage domestique, remplaçant de nombreux tests de laboratoire pour les mesures de progestérone qui sont nécessaires au cours du processus de fécondation in vitro.

Le grand plat à emporter de l'étude, dit Galagan, c'est que c'est une "première preuve de principe qu'on pourrait prendre un organisme, identifier une nouvelle protéine de détection, isoler cette protéine de la bactérie, et l'intégrer dans un dispositif de capteur applicable à une utilisation au point de service. Pour autant que nous sachions, cela n'a jamais été fait auparavant. » Il souligne que l'approche nouvellement développée n'utilise pas les bactéries comme capteur. il extrait les bactéries pour les parties protéiques, isole ces parties, puis les transforme en capteurs pouvant être utilisés pour l'ingénierie des appareils.

"Jusqu'à maintenant, les technologies portables se sont principalement concentrées sur les macro [indicateurs] de la santé, comme la fréquence cardiaque, pression artérielle, etc., " dit Kenneth Lutchen, doyen du Collège d'ingénierie de la BU. "Mais nous avons désespérément besoin de méthodes pour prédire l'émergence des maladies bien avant qu'elles ne créent des changements dangereux dans de telles mesures. Le Dr Galagan et ses collègues ont montré la preuve de principe pour fournir une surveillance en temps réel des indicateurs microbiens de l'état de santé d'une manière qui peut radicalement transformer notre capacité à s'engager dans une démarche prédictive, télémédecine à domicile. En principe, ils peuvent fournir un aperçu précoce spécifique et sensible de l'émergence de la maladie conduisant à une intervention précoce, afin d'améliorer la qualité de vie tout en réduisant considérablement les coûts des soins de santé."

Le papier, dont la technologie a récemment été présentée lors du symposium de lancement du nouveau BU Precision Diagnostics Center, fournit une base pour développer de nombreux autres dispositifs de détection, basé sur la même classe de protéines. Les chercheurs s'appuient actuellement sur cette base en développant une technologie pour immobiliser et déployer de tels capteurs, et travailler sur des moyens de convertir ses capacités de détection en un signal électronique direct.

"La cooptation de la biologie à des fins technologiques nécessite généralement de traduire des signaux biologiques en un flux de photons ou d'électrons, " dit Galagan. " Nous y travaillons maintenant. "

"Ce qui est formidable, c'est la nature interdisciplinaire de la recherche, " dit Klapperich, directeur du centre de diagnostic de précision de la BU. "Nous avons des gens qui font du travail informatique, travail moléculaire, et les gens de la science des matériaux qui construisent les capteurs. Travailler avec autant de personnes provenant de différentes parties de l'Université est passionnant."

Depuis que leur percée a été signalée en Communication Nature , les chercheurs ont déjà développé une approche de deuxième génération qui leur permet de cribler des parties d'échantillons microbiens complexes, plutôt que d'une seule bactérie cultivée. Ce criblage "méta-génomique" peut rechercher des choses telles que le sol, ou notre propre microbiome, donnant essentiellement accès à toute la diversité des microbes pour les chercheurs à la recherche de pièces de détection. Et parce que l'approche identifie un gène spécifique ainsi qu'une protéine de détection, il permet aux chercheurs de modifier le facteur de transcription de manière à le rendre plus puissant ou à acquérir la capacité de détecter d'autres composés chimiques, comme le cortisol ou les œstrogènes.

"À l'heure actuelle, nous travaillons avec des hormones, " dit Klapperich. " Mais cela peut fonctionner avec toutes sortes de choses. J'ai hâte que cela accélère."

Le grand défi à venir, Galagan dit, est le déploiement de tels capteurs pour surveiller notre santé et notre environnement. Son équipe espère utiliser la technologie développée dans les laboratoires du monde entier pour développer un large éventail d'applications :de la détection de la santé des coraux à la surveillance des variables physiologiques de la sueur et du liquide interstitiel avec un appareil portable non invasif ou peu invasif.

"Ce n'est vraiment que la pointe de l'iceberg, " dit Galagan. " Nous sommes maintenant en mesure d'exploiter toute la diversité des microbes afin de concevoir des capteurs pour un large éventail de domaines de la santé, biotechnologique, et les applications grand public. Nous espérons qu'un jour ces capteurs seront disponibles sur les étagères à côté du glucomètre en continu."