Une équipe de scientifiques du Biodesign Institute de l'Arizona State University et du T.J. d'IBM. Le Watson Research Center a développé un prototype de lecteur d'ADN qui pourrait faire du profilage du génome entier une pratique quotidienne en médecine.

"Notre objectif est de mettre pas cher, dispositifs de diagnostic d'ADN et de protéines simples et puissants dans chaque cabinet de médecin, " a déclaré Stuart Lindsay, un professeur de physique ASU et directeur du Centre de Biodesign pour la biophysique à molécule unique. Une telle technologie pourrait contribuer à inaugurer l'ère de la médecine personnalisée, où les informations provenant des profils complets d'ADN et de protéines d'un individu pourraient être utilisées pour concevoir des traitements spécifiques à leur composition individuelle.

Une telle technologie révolutionnaire est nécessaire pour faire du séquençage du génome une réalité. L'obstacle actuel est de le faire pour moins de 1 $, 000, un montant que les compagnies d'assurance sont plus susceptibles de rembourser.

Dans leur dernière percée de recherche, l'équipe a façonné un minuscule, Dispositif de lecture d'ADN des milliers de fois plus petit que la largeur d'un seul cheveu humain.

L'appareil est suffisamment sensible pour distinguer les bases chimiques individuelles de l'ADN (connues par leurs lettres abrégées A, C, T ou G) lorsqu'ils sont pompés au-delà de la tête de lecture.

Une preuve de concept a été démontrée, en utilisant des solutions des bases d'ADN individuelles, qui a donné des signaux clairs suffisamment sensibles pour détecter de minuscules quantités d'ADN (concentrations nanomolaires), encore mieux que l'état de l'art actuel, ce qu'on appelle la technologie de séquençage de l'ADN de nouvelle génération.

Faire le dispositif à semi-conducteurs, c'est comme faire un sandwich, juste avec des outils semi-conducteurs ultra high-tech utilisés pour trancher et empiler les couches de taille atomique de viandes et de fromages comme le bloc de la boucherie. Le secret est de faire trancher et empiler les couches juste ainsi, transformer l'information chimique de l'ADN en une modification du signal électrique.

D'abord, ils ont fait un "sandwich" composé de deux électrodes métalliques séparées par une couche isolante de deux nanomètres d'épaisseur (un seul nanomètre vaut 10, 000 fois plus petit qu'un cheveu humain), fabriqué en utilisant une technologie semi-conductrice appelée dépôt de couche atomique.

Ensuite, un trou est découpé à travers le sandwich :les bases d'ADN à l'intérieur du trou sont lues lorsqu'elles traversent l'espace entre les couches métalliques.

"La technologie que nous avons développée pourrait bien être la première grande étape dans la construction d'un dispositif de séquençage à molécule unique basé sur la technologie des puces informatiques ordinaires, " dit Lindsay.

"Les tentatives précédentes pour faire des jonctions tunnel pour la lecture de l'ADN avaient une électrode face à l'autre à travers un petit espace entre les électrodes, et les écarts devaient être ajustés à la main. Cela a rendu impossible l'utilisation de méthodes de fabrication de puces informatiques pour fabriquer des appareils, " dit Lindsay.

"Notre approche consistant à définir l'espace en utilisant une fine couche de matériau diélectrique (isolant) entre les électrodes et à exposer cet espace en perçant un trou à travers les couches est beaucoup plus facile, " dit-il. " Qui plus est, la technologie de tunnel de reconnaissance que nous avons développée nous permet de créer un écart relativement important (de deux nanomètres) par rapport aux écarts beaucoup plus petits requis auparavant pour la lecture du courant tunnel (qui étaient inférieurs à un nanomètre de large). La possibilité d'utiliser des espaces plus grands pour le tunneling rend la fabrication de l'appareil beaucoup plus facile et donne aux molécules d'ADN la possibilité de passer les électrodes. »

Spécifiquement, lorsqu'un courant traverse le nanopore, au passage de l'ADN, il provoque un pic de courant propre à chaque base chimique (A, C, T ou G) dans la molécule d'ADN. Quelques modifications supplémentaires sont apportées pour polir et terminer la fabrication de l'appareil.

L'équipe a rencontré des variations considérables d'un appareil à l'autre, un étalonnage sera donc nécessaire pour rendre la technologie plus robuste. Et la dernière grande étape - réduire le diamètre du trou à travers le dispositif à celui d'une seule molécule d'ADN - n'a pas encore été franchie.

Mais globalement, l'équipe de recherche a développé un processus de fabrication évolutif pour fabriquer un appareil qui peut fonctionner de manière fiable pendant des heures à la fois, identifier chacune des bases chimiques de l'ADN tout en s'écoulant à travers l'espace de deux nanomètres.

L'équipe de recherche travaille également à modifier la technique pour lire d'autres molécules uniques, qui pourrait être utilisé dans une technologie importante pour le développement de médicaments.

Les derniers développements pourraient également apporter de grandes affaires pour ASU. Lindsay, surnommé un « entrepreneur en série » par les médias, a une nouvelle entreprise d'essaimage, appelé Reconnaissance Analytix, qui espère faire suite au succès de Molecular Imaging Corp, une compagnie d'instruments similaire qu'il a co-fondée en 1993, et vendu à Agilent Technologies en 2005.

La recherche a été financée par l'Institut national de recherche sur le génome humain des National Institutes of Health, Roche, et publié dans la revue ACS Nano .