Des chercheurs de Stanford ont développé une nouvelle micropuce de biocapteur qui pourrait accélérer considérablement le processus de développement de médicaments. Les puces électroniques, emballé avec des "nanocapteurs très sensibles, " analyser comment les protéines se lient les unes aux autres, une étape critique pour évaluer l'efficacité et les effets secondaires possibles d'un médicament potentiel.

Un seul réseau centimétrique de nanocapteurs peut surveiller simultanément et en continu des milliers de fois plus d'événements de liaison aux protéines que n'importe quel capteur existant. Le nouveau capteur est également capable de détecter les interactions avec une plus grande sensibilité et de fournir des résultats beaucoup plus rapidement que la méthode actuelle "gold standard".

"Vous pouvez en mettre des milliers, voire des dizaines de milliers, de différentes protéines d'intérêt sur la même puce et exécuter les expériences de liaison aux protéines en une seule fois, " a déclaré Shan Wang, professeur de science et génie des matériaux, et de génie électrique, qui a dirigé l'effort de recherche.

"En théorie, en un seul essai, vous pourriez examiner l'affinité d'un médicament pour chaque protéine du corps humain, " a déclaré Richard Gaster, Candidat MD/PhD en bio-ingénierie et médecine, qui est le premier auteur d'un article décrivant la recherche qui a été publié en ligne ce mois-ci par Nature Nanotechnologie .

La puissance du réseau de nanocapteurs réside dans deux avancées. D'abord, l'utilisation de nanotags magnétiques attachés à la protéine étudiée – comme un médicament – ​​augmente considérablement la sensibilité de la surveillance.

Seconde, un modèle analytique que les chercheurs ont développé leur permet de prédire avec précision le résultat final d'une interaction sur la base de quelques minutes seulement de données de surveillance. Les techniques actuelles ne surveillent généralement pas plus de quatre interactions simultanées et le processus peut prendre des heures.

"Je pense que leur technologie a le potentiel de révolutionner la façon dont nous effectuons les essais biologiques, " a déclaré P.J. Utz, professeur agrégé de médecine (immunologie et rhumatologie) au Stanford University Medical Center, qui n'a pas participé à la recherche.

Les membres du groupe de recherche de Wang ont développé la technologie des nanocapteurs magnétiques il y a plusieurs années et ont démontré sa sensibilité dans des expériences dans lesquelles ils ont montré qu'elle pouvait détecter un biomarqueur protéique associé au cancer dans le sang de souris à un millième de la concentration que les techniques disponibles dans le commerce pouvaient détecter. Cette recherche a été décrite dans un article de 2009 dans Médecine naturelle .

Les chercheurs adaptent les nanotags pour qu'ils se fixent à la protéine particulière étudiée. Lorsqu'une protéine équipée d'un nanotag se lie à une autre protéine attachée à un nanocapteur, le nanotag magnétique modifie le champ magnétique ambiant autour du nanocapteur d'une manière petite mais distincte qui est détectée par le détecteur.

"Disons que nous étudions un médicament contre le cancer du sein, " a déclaré Gaster. "L'objectif du médicament est de se lier aussi fortement que possible à la protéine cible des cellules cancéreuses du sein. Mais nous voulons également savoir :à quel point ce médicament se lie-t-il de manière aberrante à d'autres protéines du corps ?"

Pour le déterminer, les chercheurs mettraient les protéines du cancer du sein sur le réseau de nanocapteurs, ainsi que des protéines du foie, poumons, reins et tout autre type de tissu qui les préoccupe. Ensuite, ils ajouteraient le médicament avec ses nanoétiquettes magnétiques attachées et verraient à quelles protéines le médicament se lie – et avec quelle force.

"Nous pouvons voir à quel point le médicament se lie aux cellules cancéreuses du sein et aussi à quel point il se lie à d'autres cellules du corps humain telles que votre foie, reins et cerveau, " a déclaré Gaster. "Nous pouvons donc commencer à prédire les effets indésirables de ce médicament sans jamais le mettre chez un patient humain."

C'est la sensibilité accrue à la détection qui vient avec les nanotags magnétiques qui permet à Gaster et Wang de déterminer non seulement quand une liaison se forme, mais aussi sa force.

"La vitesse à laquelle une protéine se lie et se libère, raconte à quel point le lien est fort, " a déclaré Gaster. Cela peut être un facteur important avec de nombreux médicaments.

"Je suis surpris de la sensibilité qu'ils ont atteint, " a déclaré Utz. "Ils détectent de l'ordre de 10 à 1, 000 molécules et c'est pour moi assez surprenant."

Le nanocapteur est basé sur le même type de capteur utilisé dans les disques durs des ordinateurs, a dit Wang.

« Parce que notre puce est entièrement basée sur la technologie et les procédures microélectroniques existantes, le nombre de capteurs par zone est hautement évolutif avec un coût très faible, " il a dit.

Bien que les puces utilisées dans les travaux décrits dans le Nature Nanotechnologie le papier avait un peu plus de 1, 000 capteurs par centimètre carré, Wang a déclaré qu'il ne devrait pas y avoir de problème de placer des dizaines de milliers de capteurs sur la même empreinte.

"Il peut être mis à l'échelle à plus de 100, 000 capteurs par centimètre, sans même repousser les limites de la technologie dans l'industrie de la microélectronique, " il a dit.

Wang a déclaré qu'il voyait un avenir radieux pour des réseaux de nanocapteurs de plus en plus puissants, car l'infrastructure technologique permettant de fabriquer de tels réseaux de nanocapteurs est en place aujourd'hui.

"La prochaine étape consiste à marier cette technologie à un médicament spécifique en cours de développement, " Wang a déclaré. " Ce sera l'application vraiment tueur de cette technologie. "