Un appareil de diagnostic portable que les chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) ont d'abord développé pour diagnostiquer le cancer a été adapté pour diagnostiquer rapidement la tuberculose (TB) et d'autres bactéries infectieuses importantes. Deux articles parus dans les revues Communication Nature et Nature Nanotechnologie décrivent des appareils portables qui combinent la technologie microfluidique avec la résonance magnétique nucléaire (RMN) non seulement pour diagnostiquer ces infections importantes, mais aussi pour déterminer la présence de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques.

"L'identification rapide de l'agent pathogène responsable d'une infection et le test de la présence d'une résistance sont essentiels non seulement pour le diagnostic mais aussi pour décider quels antibiotiques donner à un patient, " dit Ralph Weissleder, MARYLAND, Doctorat, directeur du MGH Center for Systems Biology (CSB) et co-auteur principal des deux articles. "Ces méthodes décrites nous permettent de le faire en deux à trois heures, une grande amélioration par rapport à la pratique de culture standard, ce qui peut prendre jusqu'à deux semaines pour établir un diagnostic."

Les chercheurs du MGH CSB ont précédemment développé des appareils portables capables de détecter des biomarqueurs du cancer dans le sang ou dans de très petits échantillons de tissus. Les cellules ou molécules cibles sont d'abord marquées avec des nanoparticules magnétiques, et l'échantillon est ensuite passé à travers un système de micro RMN capable de détecter et de quantifier les niveaux de la cible. Mais les efforts initiaux pour adapter le système au diagnostic bactérien ont eu du mal à trouver des anticorps – la méthode de détection utilisée dans les études précédentes – qui détecteraient avec précision les bactéries spécifiques. Au lieu de cela, l'équipe est passée au ciblage de séquences d'acides nucléiques spécifiques.

Le système décrit dans le Communication Nature papier, publié le 23 avril détecte l'ADN de la bactérie de la tuberculose dans de petits échantillons d'expectorations. Une fois l'ADN extrait de l'échantillon, l'une quelconque des séquences cibles présentes est amplifiée en utilisant une procédure standard, puis capturés par des billes de polymère contenant des séquences d'acides nucléiques complémentaires et marqués avec des nanoparticules magnétiques avec des séquences qui se lient à d'autres portions de l'ADN cible. La bobine RMN miniature intégrée à l'appareil - qui a à peu près la taille d'une lame de laboratoire standard - détecte tout ADN bactérien de la tuberculose présent dans l'échantillon.

Les tests du dispositif sur des échantillons de patients connus pour avoir la tuberculose et de témoins sains ont identifié tous les échantillons positifs sans faux positifs en moins de trois heures. Les procédures de diagnostic existantes peuvent prendre des semaines pour fournir des résultats et peuvent manquer jusqu'à 40 pour cent des patients infectés. Les résultats étaient encore plus solides pour les patients infectés à la fois par la tuberculose et le VIH - probablement parce que l'infection par les deux agents pathogènes entraîne des niveaux élevés de bactéries tuberculeuses - et des sondes d'acide nucléique spécialisées développées par l'équipe de recherche ont pu distinguer les souches bactériennes résistantes au traitement.

Les Nature Nanotechnologie papier, publié en ligne aujourd'hui, décrit un système similaire utilisant l'ARN ribosomique (ARNr) – déjà utilisé comme biomarqueur bactérien – comme cible pour le marquage des nanoparticules. Les chercheurs ont développé à la fois une sonde d'acide nucléique universelle qui détecte une région d'ARNr commune à de nombreuses espèces bactériennes et un ensemble de sondes qui ciblent des séquences spécifiques de 13 agents pathogènes cliniquement importants, comprenant Streptococcus pneumoniae , Escherichia coli et résistant à la méthicilline Staphylococcus aureus (SARM).

L'appareil était suffisamment sensible pour détecter aussi peu qu'une ou deux bactéries dans un échantillon de sang de 10 ml et pour estimer avec précision la charge bactérienne. Le test du système sur des échantillons de sang de patients atteints d'infections connues a permis d'identifier avec précision l'espèce bactérienne particulière en moins de deux heures et a également détecté deux espèces qui n'avaient pas été identifiées avec les techniques de culture standard.

Bien que les deux systèmes nécessitent un développement supplémentaire pour incorporer toutes les étapes dans scellé, appareils autonomes, réduire le risque de contamination, Weissleder note que la petite taille et la facilité d'utilisation de ces appareils les rendent idéaux pour une utilisation dans les pays en développement. « Les interactions magnétiques sur lesquelles repose la détection des agents pathogènes sont très fiables, quelle que soit la qualité de l'échantillon, ce qui signifie qu'une purification extensive - qui serait difficile dans un environnement aux ressources limitées - n'est pas nécessaire. La capacité de diagnostiquer la tuberculose en quelques heures pourrait permettre des décisions de dépistage et de traitement au cours d'une même visite à la clinique, qui peut être crucial pour contrôler la propagation de la tuberculose dans les pays en développement."

Hakho Lee, Doctorat, du Centre de biologie des systèmes de l'HGM. co-auteur principal des deux articles, note que le système aura également d'importantes applications dans les pays développés. « La capacité du système non seulement à identifier les espèces bactériennes, mais aussi à différencier des facteurs tels que la résistance aux antibiotiques aidera les cliniciens à traiter les patients avec les « bons » médicaments dès le départ, ce qui contribue également à réduire l'émergence de souches résistantes aux traitements. Le fait que cet appareil ne nécessite qu'une petite goutte de l'échantillon à tester sera utile dans les cas où les échantillons peuvent être difficiles à obtenir, comme traiter des enfants ou des personnes âgées.