Désireux de trouver un remède contre le cancer, VIH et autres maladies incurables, les chercheurs ont déjà essayé des centaines de médicaments, chacun nécessitant des tests précliniques et cliniques avec des sujets vivants. Combien d'autres agents chimiques essayer ? A un tel rythme, trouverons-nous le remède de notre vivant ?

L'un des moyens les plus simples d'accélérer le processus de développement d'un médicament consiste simplement à l'exécuter en dehors du corps vivant (par exemple, en observant les substances réagir avec les plus petits échantillons de tissus vivants et en prédisant ainsi rapidement l'effet global qu'elles auront à l'intérieur du corps). Cette approche fournira à terme une sélection préclinique plus efficace de candidats-médicaments pour des essais cliniques à long terme et coûteux. Cela pourrait rapprocher la science des remèdes recherchés depuis longtemps.

Chercheurs du Laboratoire de nanooptique et plasmonique, L'Institut de physique et de technologie de Moscou - MIPT (Russie) a conçu un nouveau type de biocapteur d'oxyde de graphène (GO) qui pourrait potentiellement accélérer le processus de développement de médicaments. Les propriétés exceptionnelles de cet allotrope de carbone améliorent considérablement la sensibilité de biodétection, qui à l'avenir pourraient permettre le développement de nouveaux médicaments et vaccins contre de nombreuses maladies dangereuses dont le VIH, l'hépatite et le cancer. La recherche, dirigé par Yury Stebunov, un scientifique au MIPT, a été publié dans le Matériaux et interfaces appliqués ACS . L'article s'intitule "Puces de capteur hautement sensibles et sélectives avec couche de liaison graphène-oxyde". Valentyn Volkov est le co-auteur principal, professeur invité de l'Université du Danemark du Sud. Les autres co-auteurs sont Olga Aftenieva et Aleksey Arsenin.

Les nouvelles puces de biocapteurs à base de GO exploitent le phénomène de résonance plasmonique de surface (SPR). Les plasmons de surface sont des ondes électromagnétiques se propageant le long d'une interface métal-diélectrique (par exemple, or/air) avec des amplitudes qui décroissent exponentiellement dans le milieu voisin. L'adsorption de molécules d'une solution sur une surface de détection modifie l'indice de réfraction du milieu près de cette surface et, donc, modifie les conditions de SPR. Ces capteurs peuvent détecter l'adsorption de biomolécules même à quelques billions de gramme par millimètre carré. En raison de ces propriétés, La biodétection SPR est une plate-forme exceptionnelle pour stimuler le progrès technologique dans les domaines de la médecine et de la biotechnologie. Néanmoins, la caractéristique la plus distinctive de ces capteurs est la capacité de « visualiser » les interactions moléculaires en temps réel.

« La biodétection SPR est un outil précieux pour étudier un large éventail de réactions biochimiques, estimer leur cinétique chimique et d'autres caractéristiques. Tout cela peut être utilisé efficacement pour la découverte et la validation de nouveaux médicaments. L'introduction généralisée de cette méthode dans les essais précliniques va complètement changer l'industrie pharmaceutique. Avec des capteurs SPR, nous avons juste besoin d'estimer l'interaction entre le médicament et les cibles sur la surface de détection, ", a déclaré Stebunov.

La plupart des puces de capteur SPR commerciales comprennent une fine plaque de verre recouverte d'une couche d'or avec des couches de thiol ou de polymère. La biosensibilité dépend des propriétés de la surface de la puce. Une capacité de liaison plus élevée pour les biomolécules augmente les niveaux de signal et la précision de l'analyse. Au cours des dernières années, les nouveaux matériaux carbonés comme le graphène ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur grande surface, fabrication à faible coût, et l'interaction avec une large gamme de biomolécules.

Stebunov et l'équipe du Laboratoire de nanooptique et de plasmonique du MIPT ont créé et breveté un nouveau type de puces de capteur SPR avec la couche de liaison GO. Le matériau a des propriétés optiques et chimiques plus attrayantes que le graphène vierge. Les "flocons" GO ont été déposés sur la couche d'or de 35 nm, suivi d'une couche de protéine streptavidine pour l'immobilisation sélective des biomolécules.

Les scientifiques ont mené une série d'expériences comparant la puce GO, une puce disponible dans le commerce avec une couche de dextrane carboxyméthylé (CMD), et une puce recouverte de graphène monocouche. Les expériences ont montré que la puce GO proposée a une sensibilité trois fois supérieure à celle de la puce CMD et 3,7 fois supérieure à celle de la puce au graphène vierge. These results mean that the new chip needs fewer molecules for detecting a compound and can be used for analysis of chemical reactions with small drug molecules. An important advantage of the new GO-based sensor chips is their simplicity and low-cost fabrication compared to sensor chips that are already commercially available.

"Our invention will help in drug development against viral and cancer diseases. We are expecting that the pharmaceutical industry will express a strong demand for our technology, " Stebunov said.

"The sensor can also find applications in food quality control and toxin screening, and the sensor can significantly shorten the time for a clinical diagnostic, " researcher added. However, clinical trials with the chip are still needed for medical applications.