(Phys.org) — Un diagnostic précoce est essentiel dans le traitement de la maladie de Lyme. Cependant, près d'un quart des patients atteints de la maladie de Lyme sont initialement mal diagnostiqués car les tests sérologiques actuellement disponibles ont une sensibilité et une spécificité médiocres au cours des premiers stades de l'infection. Les patients mal diagnostiqués peuvent ne pas être traités et ainsi évoluer vers un stade avancé de la maladie de Lyme, où ils font face à des traitements plus longs et plus invasifs, ainsi que des symptômes persistants.

Les tests existants évaluent la présence d'anticorps contre les protéines bactériennes, qui prennent des semaines à se former après l'infection initiale et persistent après la disparition de l'infection. Maintenant, une technique inspirée de la nanotechnologie développée par des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie peut conduire à des diagnostics capables de détecter l'organisme lui-même.

L'étude a été dirigée par le professeur A. T. Charlie Johnson du Département de physique et d'astronomie de la Penn's School of Arts and Sciences avec l'étudiant diplômé Mitchell Lerner, la chercheuse de premier cycle Jennifer Dailey et le boursier postdoctoral Brett R. Goldsmith, toute la Physique. Ils ont collaboré avec Dustin Brisson, un professeur adjoint de biologie qui a fourni à l'équipe son expertise sur la bactérie.

Leurs recherches ont été publiées dans la revue Biocapteurs et bioélectronique .

"Lorsque vous êtes initialement infecté par la bactérie de la maladie de Lyme, vous ne développez pas d'anticorps pendant plusieurs jours à quelques semaines, ", a déclaré Johnson. "Beaucoup de gens consultent leur médecin avant que les anticorps ne se développent, conduisant à des résultats de tests sérologiques négatifs. Et après une première infection, vous allez toujours avoir ces anticorps, Donc, l'utilisation de ces diagnostics sérologiques ne permettra pas de savoir si vous êtes toujours infecté ou non après avoir été traité avec des antibiotiques. »

L'idée de l'équipe de recherche était de renverser le processus, en utilisant des anticorps produits en laboratoire pour détecter la présence de protéines de l'organisme. Il s'agit d'une extension des travaux antérieurs du laboratoire de Johnson reliant d'autres structures biologiques, tels que les récepteurs olfactifs et l'ADN, aux dispositifs à base de nanotubes de carbone.

nanotubes de carbone, des réseaux enroulés d'atomes de carbone, sont très conducteurs et sensibles aux charges électriques, ce qui en fait des composants prometteurs des dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique. En fixant différentes structures biologiques à l'extérieur des nanotubes, ils peuvent fonctionner comme des biocapteurs hautement spécifiques. Lorsque la structure attachée se lie à une molécule, la charge de cette molécule peut affecter la conduction électrique du nanotube, qui peut faire partie d'un circuit électrique comme un fil. Un tel dispositif peut donc fournir une lecture électronique de la présence, voire de concentration, d'une molécule particulière.

Pour extraire le signal électrique de ces nanotubes, l'équipe les a d'abord transformés en dispositifs à transistors.

"Nous cultivons d'abord ces nanotubes sur ce qui équivaut à une grande puce en utilisant une méthode de dépôt en phase vapeur, puis faire des connexions électriques essentiellement au hasard, "                                                                                                                                                                                                   ?

Dans leur récente expérience, L'équipe de Johnson a attaché à ces transistors à nanotubes des anticorps qui se développent naturellement chez la plupart des animaux infectés par la bactérie de la maladie de Lyme. Ces anticorps se lient naturellement à un antigène, dans ce cas, une protéine de la bactérie de Lyme, dans le cadre de la réponse immunitaire du corps.

"Nous avons un processus chimique qui nous permet de connecter n'importe quelle protéine aux nanotubes de carbone. Les nanotubes sont très stables, nous avons donc un composé très réactif qui se lie au nanotube et possède également un groupe acide carboxylique à l'autre extrémité. Pour les biochimistes, obtenir n'importe quel type de protéine pour se lier à un groupe acide carboxylique n'est qu'un jeu d'enfant à ce stade, et nous avons travaillé avec eux pour apprendre à réaliser cette chimie sur la paroi latérale des nanotubes. "

Après avoir utilisé la microscopie à force atomique pour montrer que les anticorps s'étaient effectivement liés à l'extérieur de leurs transistors à nanotubes, les chercheurs les ont testés électriquement pour obtenir une lecture de base. Ils ont ensuite mis les nanotubes dans des solutions contenant différentes concentrations de la protéine cible de la bactérie Lyme.

« Quand nous éliminons la solution et testons à nouveau les transistors à nanotubes, le changement dans ce que nous mesurons nous indique que la quantité d'antigène s'est liée, " a déclaré Johnson. " Et nous voyons la relation que nous nous attendons à voir, en ce que plus il y avait d'antigène dans la solution, plus le changement du signal est grand."

La plus petite concentration que les dispositifs à nanotubes pouvaient détecter était de quatre nanogrammes de protéines par millilitre de solution.

« Cette sensibilité est plus que suffisante pour détecter la bactérie de la maladie de Lyme dans le sang des patients récemment infectés et peut être suffisante pour détecter la bactérie dans les fluides des patients qui ont reçu un traitement inadéquat, " a déclaré Brisson.

"Nous voulons vraiment que la protéine que nous cherchons à détecter se fixe au plus près du nanotube, car c'est ce qui augmente la force du signal électrique, "                                    . version minimale de l'anticorps - ce que nous appelons un fragment variable à chaîne unique - serait une prochaine étape.

« Sur la base de nos travaux antérieurs avec des fragments variables à chaîne unique d'autres anticorps, cela rendrait probablement un tel appareil environ mille fois plus sensible."

Les chercheurs ont suggéré que, étant donné la souplesse de leur technique pour attacher différentes structures biologiques, les outils de diagnostic éventuels pourraient incorporer plusieurs anticorps, chacun détectant une protéine différente de la bactérie de Lyme. Une telle configuration améliorerait la précision et réduirait la possibilité de diagnostics faussement positifs.

"Si nous devions faire ce type de test sur le sang d'une personne maintenant, cependant, nous dirions que la personne a la maladie, " a déclaré Johnson. " La première pensée est que si vous détectez une protéine provenant de l'organisme de Lyme dans votre sang, vous êtes infecté et devez recevoir un traitement immédiatement.