(PhysOrg.com) -- Les microéponges dérivées d'algues peuvent aider à diagnostiquer les maladies cardiaques, cancéreux, Le VIH et d'autres maladies rapidement et à un coût bien inférieur aux méthodes cliniques actuelles. Les microéponges sont un élément essentiel de la Bio-Nano-Chip (PBNC) programmable de l'Université Rice et font l'objet d'un nouvel article dans la revue Petit .

L'article de John McDevitt, le professeur Brown-Wiess en bio-ingénierie et chimie, et ses collègues de Rice's BioScience Research Collaborative voient le fonctionnement interne des PBNC, que McDevitt envisage comme un outil de diagnostic médical grand public.

Les PBNC pour diagnostiquer une variété de maladies font actuellement l'objet de six essais cliniques humains. McDevitt discutera de leur développement lors de la réunion annuelle de l'American Association for the Advancement of Science (AAAS) à Washington, D.C., 17-21 février.

Les PBNC capturent des biomarqueurs - des molécules qui offrent des informations sur la santé d'une personne - trouvés dans le sang, salive et autres fluides corporels. Les biomarqueurs sont séquestrés dans de minuscules éponges placées dans un ensemble d'entonnoirs en forme de pyramide inversée dans le cœur du microprocesseur du PBNC de la taille d'une carte de crédit.

Lorsqu'un échantillon de fluide est placé dans le dispositif jetable, des canaux microfluidiques le dirigent vers les éponges, qui sont infusés avec des anticorps qui détectent et capturent des biomarqueurs spécifiques. Une fois capturé, ils peuvent être analysés en quelques minutes avec un microscope sophistiqué et un ordinateur intégré dans un portable, lecteur de la taille d'un grille-pain.

Le processus de capture de biomarqueurs fait l'objet de la Petit papier. Les microéponges sont des billes d'agarose de 280 micromètres, un pas cher, commun, matériau de laboratoire dérivé d'algues et souvent utilisé comme matrice pour la croissance de cellules vivantes ou la capture de protéines.

La beauté de l'agarose réside dans sa capacité à capturer un large éventail de cibles, des biomarqueurs protéiques relativement énormes aux minuscules métabolites de médicaments. Dans le laboratoire, l'agarose commence sous forme de poudre, comme Jell-O. Lorsqu'il est mélangé avec de l'eau chaude, il peut être transformé en gels ou solides de n'importe quelle taille. La taille des pores et des canaux dans l'agarose peut être ajustée à l'échelle nanométrique.

Le défi, McDevitt a dit, définissait un nouveau concept pour capturer et détecter rapidement et efficacement des biomarqueurs dans un circuit microfluidique. La solution développée chez Rice est un réseau de microéponges avec des tailles de pores adaptées et des nano-réseaux de fibres d'agarose. La qualité semblable à une éponge permet de traiter rapidement une grande quantité de fluide, tandis que le nano-net fournit une surface énorme qui peut être utilisée pour générer des signaux optiques 1, 000 fois plus grand que les appareils classiques de la taille d'un réfrigérateur. Les ensembles de mini-capteurs, il a dit, emballer un maximum de punch.

L'équipe a découvert que les billes d'agarose d'un diamètre d'environ 280 micromètres sont idéales pour les applications du monde réel et peuvent être produites en série de manière rentable. Ces billes d'agarose conservent leur efficacité à capturer les biomarqueurs, sont faciles à manipuler et ne nécessitent pas d'optique spécialisée pour voir.

McDevitt et ses collègues ont testé des billes avec des pores allant jusqu'à 620 nanomètres et jusqu'à 45 nanomètres de large. (Une feuille de papier vaut environ 100, 000 nanomètres d'épaisseur.) Les pores de près de 140 nanomètres se sont avérés les meilleurs pour laisser les protéines infuser rapidement les nano-réseaux internes des billes, une caractéristique qui permet aux PBNC de tester la maladie en moins de 15 minutes.

L'équipe a rendu compte d'expériences utilisant deux biomarqueurs, les antigènes carcinoembryonnaires et les protéines bêta de l'interleukine-1 (et les anticorps correspondants pour les deux), acheté par le laboratoire. Après avoir trempé les billes dans les solutions d'anticorps, les chercheurs ont testé leur capacité à reconnaître et à capturer leurs biomarqueurs correspondants. Dans le meilleur des cas, ils ont montré une efficacité presque totale (99,5%) dans la détection des biomarqueurs liés aux billes.

McDevitt s'attendait depuis un certain temps à ce qu'une perle tridimensionnelle ait un plus grand potentiel de capture et de rétention de biomarqueurs que la norme pour de tels tests, la technique du dosage immuno-enzymatique (ELISA). ELISA analyse les fluides placés dans un réseau de puits de 6,5 millimètres qui ont une couche de matériau de capture de biomarqueurs étalée au fond. Obtenir des résultats par ELISA nécessite un laboratoire complet d'équipement, il a dit.

"La quantité de signal optique que vous obtenez dépend généralement de l'épaisseur d'un échantillon, " dit McDevitt. " De l'eau, par exemple, semble clair dans un petit verre, mais est bleu dans un océan ou un lac. La plupart des appareils cliniques modernes lisent les signaux des échantillons sur des surfaces planes ou courbes, ce qui revient à essayer de voir la couleur bleue de l'eau dans un verre. C'est très difficile."

Par comparaison, Les PBNC offrent aux chercheurs un océan d'informations. "Nous créons une micro-éponge à très grande surface qui récupère une grande quantité de matière, " dit-il. " L'éponge est comme une méduse avec des tentacules qui capturent les biomarqueurs. "

La perle d'agarose est conçue pour devenir invisible dans l'eau. "Cela en fait un environnement idéal pour capturer des biomarqueurs, car la matrice ne gêne pas la visualisation du contenu. C'est une belle utilisation de nouveaux biomatériaux qui sont bon marché comme de la saleté, mais produisent des performances puissantes, " a déclaré McDevitt.

Selon des études antérieures, seule une fraction – moins de 10 pour cent – ​​des anticorps de capture dans les puces ELISA « de référence » sont encore actives au moment où un test commence. Par comparaison, presque tous les anticorps contenus dans les billes d'agarose conservent leur capacité à détecter et à capturer des biomarqueurs, dit McDevitt.

Finalement, il a dit, Les PBNC permettront des tests de diagnostic rentables pour les patients malades, qu'ils soient aux urgences, dans une ambulance ou même pendant qu'ils sont soignés à leur domicile. Encore mieux, les puces pourraient un jour permettre de tester rapidement et facilement les personnes en bonne santé pour rechercher des signes avant-coureurs de maladie.