Un nouveau type de capteurs haute sensibilité et à faible coût, appelés biocapteurs plasmoniques, pourrait à terme devenir un atout majeur de la médecine personnalisée en aidant à diagnostiquer les maladies à un stade précoce.
La médecine personnalisée est l'un des nouveaux développements censés révolutionner les soins de santé. Un élément clé est la détection de biomarqueurs, protéines dans le sang ou la salive, par exemple, dont la présence ou la concentration anormale est causée par une maladie. Les biomarqueurs peuvent indiquer la présence de maladies bien avant l'apparition des symptômes. Cependant, actuellement la détection de ces molécules nécessite encore des laboratoires spécialisés et est coûteuse.
Grâce au projet de recherche financé par l'UE appelé NANOANTENNA, achevé en mars 2013, les physiciens s'associent aux chimistes, nanotechnologues et chercheurs biomédicaux dans le but de développer un nanobiocapteur dit plasmonique pour la détection de protéines. Il se composait de nanoantennes, de minuscules bâtonnets d'or d'environ 100 à 200 nanomètres de long et de 60 à 80 nm de large. En éclairant une telle nanoantenne, les électrons à l'intérieur commencent à aller et venir, amplifier le rayonnement lumineux dans les zones de points chauds de l'antenne, explique Pietro Giuseppe Gucciardi, physicien à l'Institute for Chemical-Physical Processes, affilié au Conseil national italien de la recherche CNR, à Messine, Sicile. "L'objectif du projet était de livrer une preuve de concept, " dit Gucciardi.
Au cours des années 1990, les chercheurs ont découvert que les plasmons, de minuscules ondes d'électrons dans les surfaces métalliques qui apparaissent lorsque ces surfaces sont illuminées, amplifier également la lumière dans une zone proche de cette surface. Dans les biocapteurs, les molécules de protéines sont identifiées en les irradiant avec de la lumière infrarouge et en analysant le spectre de la lumière qu'elles émettent, connu sous le nom de spectre Raman. Si ces molécules sont proches des nanoparticules, les plasmons dans les nanoparticules amplifient le signal Raman provenant des molécules à détecter avec plusieurs ordres de grandeur.
Les nanoantennes développées dans ce projet n'améliorent le signal Raman émis que si les biomolécules sont proches des points chauds. Par conséquent, les molécules doivent être piégées pour être détectées. Faire cela, les chercheurs ont attaché des biorécepteurs, fragments d'ADN conçus pour reconnaître des protéines spécifiques, aux nanoantennes. Lorsque les nanoantennes parsemées des biorécepteurs sont incubées dans une solution contenant les biomarqueurs à détecter, ces dernières se fixent sur les nanoantennes. Lorsque, ensuite, ces nanoantennes sont éclairées par la lumière, ils montrent les empreintes digitales Raman du biorécepteur et du biomarqueur, comme le souligne Gucciardi.
Un expert commente que les programmes de soins de santé évoluent rapidement vers la prévention et la détection précoce des maladies, effectué au point de service (POC) ou au chevet du patient. « Il est important de financer cette recherche car elle sera une composante de la médecine future, " dit Alexandre Brolo, professeur de chimie spécialisé dans la recherche en nanotechnologie, qui a développé des biocapteurs plasmoniques à l'Université de Victoria, Colombie britannique, Canada. Il croit également qu'une telle approche rendra les soins médicaux plus rentables. « Vous voulez quelque chose qui est très bon marché et qui ne va pas peser lourdement sur le système de santé, " dit Brolo.
Un autre expert est d'accord. "Petit, des dispositifs compacts et autonomes avec les mêmes caractéristiques en termes de sensibilité et de robustesse que l'instrumentation commerciale actuelle basée sur la plasmonique sont encore nécessaires, " dit Maria Carmen Estévez, chercheur à l'Institut Catalan des Nanosciences et Nanotechnologies de Bellaterra, Espagne. Les "utilisateurs finaux" de ces biocapteurs doivent comprendre que le développement de ces dispositifs par des chercheurs de nombreuses disciplines est un long processus, note Estévez. Elle ajoute que ces biocapteurs devront être intégrés à des composants optiques, avec électronique de lecture des mesures, un logiciel pour traiter toutes les données, et s'appuyer sur l'utilisation de la microfluidique pour préparer et traiter l'échantillon.
