Les soins de santé diagnostiques sont souvent limités dans les zones aux ressources limitées, parce que les procédures requises pour détecter de nombreux marqueurs moléculaires pouvant diagnostiquer des maladies sont trop complexes ou coûteuses pour être utilisées en dehors d'un laboratoire central. Des chercheurs du laboratoire de Rustem Ismagilov, Ethel Wilson Bowles et Robert Bowles de Caltech, professeur de chimie et de génie chimique et directeur du Jacobs Institute for Molecular Engineering for Medicine, inventent de nouvelles technologies pour aider à faire sortir les capacités de diagnostic émergentes des laboratoires et jusqu'au point de service. L'une des exigences importantes pour de tels dispositifs de diagnostic est que les résultats - ou les lectures - soient robustes contre une variété de conditions environnementales et d'erreurs de l'utilisateur.

Pour répondre au besoin d'un système de lecture robuste pour les diagnostics quantitatifs, des chercheurs du laboratoire Ismagilov ont inventé une nouvelle méthode de lecture visuelle qui utilise la chimie analytique et le traitement d'images pour fournir une quantification sans ambiguïté de molécules d'acide nucléique uniques qui peuvent être effectuées par n'importe quel appareil photo de téléphone portable.

La méthode de lecture visuelle est décrite et validée à l'aide de l'ARN du virus de l'hépatite C (ARN du VHC) dans un article paru dans le numéro du 22 février de la revue. ACS Nano .

Le travail utilise une technologie microfluidique appelée SlipChip, qui a été inventé dans le laboratoire Ismagilov il y a plusieurs années. Un SlipChip sert de laboratoire sur puce portable et peut être utilisé pour quantifier les concentrations de molécules individuelles. Chaque SlipChip code un programme complexe pour isoler des molécules uniques (telles que l'ADN ou l'ARN) ainsi que des réactifs chimiques dans des puits de la taille d'un nanolitre. Le programme contrôle également les réactions complexes dans chaque puits :la puce est constituée de deux plaques qui se déplacent - ou "glissent" - l'une par rapport à l'autre, à chaque "glissement" joignant ou séparant les centaines voire les milliers de minuscules puits, soit en mettant en contact réactifs et molécules, soit en les isolant. L'architecture de la puce permet à l'utilisateur d'avoir un contrôle total sur ces réactions chimiques et peut éviter la contamination, ce qui en fait une plate-forme idéale pour une utilisation conviviale, appareil de diagnostic robuste.

La nouvelle méthode de lecture visuelle s'appuie sur cette plate-forme SlipChip. Des chimies indicatrices spéciales sont intégrées dans les puits du dispositif SlipChip. Après une réaction d'amplification, une réaction qui multiplie les molécules d'acide nucléique, les puits changent de couleur selon que la réaction y est positive ou négative. Par exemple, si un SlipChip est utilisé pour compter les molécules d'ARN du VHC dans un échantillon, un puits contenant une molécule d'ARN qui s'est amplifiée pendant la réaction deviendrait bleu; alors qu'un puits dépourvu d'une molécule d'ARN resterait violet.

Pour lire le résultat, un utilisateur prend simplement une photo de l'ensemble du SlipChip à l'aide de n'importe quel téléphone appareil photo. Ensuite, la photo est traitée à l'aide d'une approche ratiométrique qui transforme les couleurs détectées par le capteur de l'appareil photo en une lecture sans ambiguïté des positifs et des négatifs.

Les technologies SlipChip précédentes utilisaient un produit chimique qui émettait une fluorescence lorsqu'une réaction se produisait dans un puits. Mais ces lectures peuvent être trop subtiles pour être détectées par une caméra de téléphone portable commune ou peuvent nécessiter des conditions d'éclairage spécifiques. La nouvelle méthode fournit des directives pour sélectionner des indicateurs qui produisent des changements de couleur compatibles avec les sensibilités aux couleurs des appareils photo des téléphones, et le traitement ratiométrique supprime la nécessité pour un utilisateur de distinguer les couleurs à vue.

"Le processus de lecture que nous avons développé peut être utilisé avec n'importe quel appareil photo de téléphone portable, " dit Jésus Rodriguez-Manzano, un chercheur postdoctoral en génie chimique et l'un des deux premiers auteurs de l'article. "C'est rapide, automatique, et ne nécessite pas de comptage ou d'interprétation visuelle, Ainsi, les résultats peuvent être lus par n'importe qui, même les utilisateurs daltoniens ou travaillant dans de mauvaises conditions d'éclairage. Cette robustesse rend notre méthode de lecture visuelle appropriée pour l'intégration avec des appareils utilisés dans n'importe quel environnement, y compris au point de service dans les milieux à ressources limitées. Ceci est essentiel car le besoin de diagnostics hautement sensibles est le plus grand dans ces régions. »