La recherche de biomarqueurs capables de mettre en garde contre des maladies telles que le cancer alors qu'elles en sont encore à leurs premiers stades est susceptible de devenir beaucoup plus facile grâce à une puce biocapteur innovante développée par des chercheurs de l'Université de Stanford.

Le capteur est jusqu'à 1, 000 fois plus sensible que n'importe quelle technologie actuellement utilisée en clinique, est précis quel que soit le fluide corporel analysé et peut détecter des protéines biomarqueurs sur une plage de concentrations trois fois plus large que toute autre méthode existante, disent les chercheurs.

La puce nanocapteur peut également rechercher jusqu'à 64 protéines différentes simultanément et s'est avérée efficace dans la détection précoce des tumeurs chez la souris, suggérant que cela pourrait ouvrir la porte à une détection beaucoup plus précoce même des cancers les plus insaisissables chez l'homme. Le capteur peut également être utilisé pour détecter des marqueurs de maladies autres que le cancer.

"Au stade précoce [d'un cancer], le niveau de biomarqueur protéique dans le sang est très, très lent, il faut donc une technologie ultra-sensible pour le détecter, " a déclaré Shan Wang, professeur de science et génie des matériaux et de génie électrique, et auteur principal d'un article décrivant le capteur, qui a été publié en ligne sur Médecine naturelle le 11 octobre. "Si vous pouvez le détecter tôt, vous pouvez avoir une intervention précoce et vous avez une bien meilleure chance de guérir cette personne. »

Wang a déclaré que la technologie des nanocapteurs pourrait également permettre aux médecins de déterminer rapidement si un patient répond à un traitement particulier de chimiothérapie. « Nous pouvons savoir au deuxième ou au troisième jour du traitement si cela fonctionne ou non, au lieu d'un mois ou deux plus tard, " il a dit.

Le capteur que Wang et ses collègues ont créé, qui utilise la nanotechnologie de détection magnétique qu'ils avaient développée précédemment, peut détecter un biomarqueur protéique associé au cancer à une concentration aussi faible qu'une partie sur cent milliards (ou 30 molécules dans un millimètre cube de sang).

Bien que les bases de la technologie de détection magnétique utilisée dans le nouveau biocapteur aient été décrites l'année dernière dans un article publié dans les Actes de la National Academy of Sciences, le nouveau capteur est non seulement plus sensible que le précédent de plusieurs ordres de grandeur, il surpasse également son prédécesseur - et les méthodes de détection actuellement utilisées - de plusieurs autres manières.

Détection précoce des tumeurs chez la souris

Le gain de performance le plus impressionnant détaillé dans le Médecine naturelle article est que les chercheurs ont maintenant démontré que le capteur magnéto-nano peut détecter avec succès les tumeurs cancéreuses chez la souris lorsque les niveaux de protéines associées au cancer sont encore bien inférieurs aux concentrations détectables à l'aide de la méthodologie standard actuelle, connu sous l'acronyme ELISA.

"C'est une découverte critique pour nous car elle dit que dans une application biologique réaliste - celle de la croissance tumorale chez la souris - nous pouvons en fait voir les tumeurs avant que quoi que ce soit d'autre n'ait pu les détecter, " a déclaré Sam Gambhir, professeur de radiologie à Stanford.

"Je dirais que le papier PNAS est une preuve de concept de la technologie, et le Médecine naturelle le papier est une preuve de concept de la technologie fonctionnant dans une application du monde réel, " a-t-il dit. " C'est une chose que la technologie montre qu'elle peut fonctionner en principe; c'en est une autre de l'utiliser avec de vrais échantillons de sang de souris provenant d'une vraie souris développant une vraie tumeur."

Dans le Médecine naturelle papier, les chercheurs montrent que le nouveau capteur magnéto-nano a une large plage de sensibilité, de la quantité infime décrite plus haut à des concentrations de six ordres de grandeur, ou un million de fois, plus grand. Les meilleures méthodes d'analyse existantes, ou des dosages, en utilisation clinique, sont capables de détecter des protéines sur une plage de concentrations d'au plus deux ordres de grandeur.

La plupart des plates-formes de détection actuellement utilisées se limitent également à effectuer une seule analyse à la fois, mais parce que les capteurs magnéto-nano sont attachés à une puce électronique dans un réseau de 64 capteurs, chacun pouvant être configuré pour détecter une protéine différente, les chercheurs peuvent rechercher jusqu'à 64 protéines différentes simultanément au cours d'une seule analyse, qui prend généralement une à deux heures - bien moins que la plupart des tests existants.

Les chercheurs ont également démontré que le capteur est tout aussi efficace dans tous les fluides biologiques probables, ou matrice, qu'un médecin voudrait analyser pour les protéines associées au cancer. Ces fluides comprennent l'urine, salive, plasma sanguin (sang dont les cellules sanguines ont été retirées), sérum (plasma sanguin dont les facteurs favorisant la coagulation ont été éliminés) et lysats cellulaires (nom appliqué au ragoût cellulaire produit par dissolution des cellules).

"L'idée que vous pourriez essentiellement, sur une seule plateforme de dosage, mesurer une grande diversité de biomolécules qui sont à une si large gamme de concentrations avec une telle sensibilité est vraiment, Vraiment remarquable, " dit Charles Drescher, professeur d'obstétrique et de gynécologie à l'Université de Washington à Seattle, qui n'a pas participé à la recherche. "Je pense que nous serons tous très excités si cela se déroule vraiment."

La clé de la polyvalence du capteur magnéto-nano et de la large gamme de concentrations qu'il peut détecter réside dans l'utilisation du magnétisme.

Comment les nanotags magnétiques révèlent la carrière

Le mécanisme de base de détection utilisé dans les capteurs magnéto-nano consiste à capturer des antigènes - des composés délétères produits et éliminés par les cellules cancéreuses - en utilisant des anticorps qui ont naturellement tendance à se lier aux antigènes. Les anticorps, surnommé "capture d'anticorps, " sont appliqués à un capteur, de sorte que lorsque la matrice d'intérêt est placée sur la puce du capteur, les antigènes appropriés se lient.

Alors que les antigènes sont retenus, une autre cuillerée d'anticorps est appliquée. Ces anticorps sont attirés par les antigènes contenus sur les capteurs, et en se liant avec eux, scellez efficacement les antigènes à l'intérieur d'un sandwich d'anticorps. Les chercheurs appliquent ensuite un lavage contenant des étiquettes de nanoparticules magnétiques qui ont été adaptées pour s'adapter à des anticorps spécifiques. Les nanotags magnétiques se fixent sur l'anticorps externe du sandwich, où ils modifient le champ magnétique ambiant d'une manière petite mais distincte et détectable qui est détectée par le détecteur.

Les tests de détection de protéines actuellement utilisés reposent sur une variété de mécanismes, comme la mesure de la charge électrique, signaux fluorescents ou pH, qui sont tous sujets aux interférences de la matrice biologique dans laquelle résident les protéines souhaitées. Bien qu'un test particulier puisse être parfait pour évaluer la concentration d'une protéine dans l'urine, par exemple, il peut fonctionner mal lorsqu'il est appliqué à un échantillon de sang, car les différences dans la composition de la matrice affectent des propriétés telles que le pH ou la charge électrique.

"Nos capteurs se révèlent plutôt insensibles à la matrice, c'est donc un autre élément clé d'un point de vue scientifique, " a déclaré Wang. À titre d'exemple, il a dit, "Nous savons que dans la salive et le sang, ils ont des valeurs de pH totalement différentes et une chimie différente, mais ils sont tous non magnétiques. Magnétiquement, ils sont comme l'air. Cela n'interfère donc pas avec notre mécanisme [de détection]. »

La plupart des tests actuellement utilisés ne sont capables de détecter des protéines que sur une plage étroite de concentrations avant qu'une interférence quelconque ne dégrade la sensibilité du test. Cela peut nécessiter une série de dosages à effectuer sur un échantillon dilué à différentes concentrations, afin d'assembler une image complète de la concentration d'une protéine dans la matrice. Mais, en utilisant la détection magnétique, Wang et ses collègues sont capables d'éviter une telle dégradation du signal.

« Avec la sensibilité élevée et la large gamme, nous pouvons examiner un large éventail de protéines sur une large gamme de concentrations, et avec l'insensibilité matricielle, on peut les regarder dans différents fluides, " a déclaré Richard Gaster, Candidat MD/PhD en bio-ingénierie et médecine, et premier auteur sur le Médecine naturelle papier. « Nous n'avons pas besoin d'adapter l'endroit où nous cherchons ; nous pouvons tout regarder simultanément. » Cela permet de gagner du temps, lequel, une fois le capteur mis en service commercial, se traduira également par des économies monétaires.

Une autre vertu de la technologie, Wang a dit, est qu'il utilise une technologie existante déjà utilisée dans les industries du stockage de données et des semi-conducteurs et, de ce fait, il ajouta, « Il peut être fabriqué à un prix relativement bas.

"C'est le même capteur que vous utilisez dans un lecteur de disque dur pour lire un disque dur, " dit-il. "Très semblable à ça."

L'une des prochaines étapes de la recherche, Wang a dit, est de tester les capteurs magnéto-nano sur des échantillons de sang humain provenant d'une étude à long terme dans laquelle les chercheurs ont prélevé des échantillons de sang sur des sujets avant que l'un d'entre eux ne soit diagnostiqué avec un cancer. À cette fin, l'équipe de Stanford collaborera avec le Fred Hutchison Cancer Research Center à Seattle et la Canary Foundation, une organisation à but non lucratif qui se concentre sur le diagnostic précoce du cancer.

"Nous pouvons en fait utiliser notre technologie pour étudier tous ces échantillons et nous pourrons peut-être dire un an avant ou six mois avant ou trois mois avant le diagnostic, " Wang a dit. " Ce travail sera extrêmement intéressant. "

Source :Université de Stanford (actualité :web)