Un nouvel outil qui utilise un réseau semblable à une forêt de nanotubes de carbone alignés verticalement qui peuvent être réglés avec précision pour piéger sélectivement les virus en fonction de leur taille peut augmenter le seuil de détection des virus et accélérer le processus d'identification des virus nouvellement émergents. La recherche, par une équipe interdisciplinaire de scientifiques de Penn State, est publié le 7 octobre Édition 2016 de la revue Avancées scientifiques .

"Détecter les virus au début d'une infection avant l'apparition des symptômes, ou à partir d'échantillons de terrain, est difficile car la concentration des virus pourrait être très faible, souvent inférieure au seuil des méthodes de détection actuelles, " a déclaré Mauricio Terrones, professeur de physique, chimie, et la science et l'ingénierie des matériaux à Penn State, et l'un des auteurs correspondants de la recherche. « La détection précoce est importante car un virus peut commencer à se propager avant que nous ayons la capacité de le détecter. Le dispositif que nous avons développé nous permet de piéger et de concentrer sélectivement les virus en fonction de leur taille – plus petits que les cellules humaines et les bactéries, mais plus gros que la plupart des protéines et autres macromolécules, dans des échantillons incroyablement dilués. Cela augmente encore notre capacité à détecter de petites quantités d'un virus de plus de cent fois."

L'équipe de recherche a développé et testé un petit appareil portable qui augmente la sensibilité de la détection des virus en piégeant et en concentrant les virus dans un réseau de nanotubes de carbone. Les échantillons dilués recueillis auprès des patients ou de l'environnement sont passés à travers un filtre pour éliminer les grosses particules telles que les bactéries et les cellules humaines, puis à travers le réseau de nanotubes de carbone dans le dispositif. Les virus sont piégés et s'accumulent à des concentrations utilisables dans la forêt de nanotubes, tandis que d'autres particules plus petites passent et sont éliminées. Le virus concentré capturé dans l'appareil peut ensuite être soumis à un panel de tests pour l'identifier, y compris le diagnostic moléculaire par amplification en chaîne par polymérase (PCR), méthodes immunologiques, isolement du virus, et le séquençage du génome.

"Parce que notre appareil isole et concentre les virus uniquement par taille, nous pouvons capturer des virus dont nous ne savons rien sur le plan biologique - nous n'avons besoin d'aucun anticorps ou autre marqueur moléculaire, " dit Terrones. " Une fois que nous capturons et concentrons le virus, nous pouvons ensuite utiliser d'autres techniques telles que le séquençage du génome entier pour le caractériser. »

"La plupart des épidémies virales mortelles au cours des deux dernières décennies ont été causées par de nouveaux virus émergents. Cette technologie d'enrichissement viral basée sur la taille peut être particulièrement puissante pour l'identification des virus émergents et la découverte de nouveaux virus pour lesquels les anticorps et les informations de séquence ne sont pas disponibles, " dit Si-Yang Zheng, professeur agrégé de génie biomédical à Penn State, l'autre auteur correspondant sur le papier. "Non seulement notre nouvelle technologie enrichit les virus au moins cent fois, mais il élimine également les contaminants de l'hôte et de l'environnement, et permet l'identification directe du virus par séquençage de nouvelle génération à partir d'échantillons collectés sur le terrain sans culture virale."

Les virus, tels que la grippe, VIH/SIDA, Ebola, et Zika—peut provoquer soudainement, épidémies imprévisibles qui conduisent à de graves crises de santé publique. Les techniques actuellement disponibles pour isoler et identifier les virus à l'origine de ces épidémies sont lentes, cher, et utiliser du matériel et des réactifs qui peuvent être coûteux, volumineux, et nécessitent un stockage spécialisé. En outre, de nombreuses flambées récentes ont été causées par de nouveaux virus émergents pour lesquels il n'existe aucun moyen établi de les isoler sélectivement pour l'identification et la caractérisation.

"Nous avons développé la technologie pour faire pousser une forêt de nanotubes et nous pouvons contrôler la distance entre les troncs, " a déclaré Zheng. " La distance intertube peut aller d'environ 17 nanomètres à plus de 300 nanomètres pour capturer sélectivement les virus. Les propriétés uniques de la forêt de nanotubes de carbone nous permettent de l'intégrer dans une structure robuste, évolutif, et un micro-dispositif portable qui peut être adapté pour une utilisation sur le terrain sans avoir besoin d'instruments encombrants et de stockage spécialisé de réactifs."

Les chercheurs ont validé la capacité de leur appareil nouvellement développé à capturer des virus à partir d'échantillons dilués en utilisant des concentrations connues de virus précédemment identifiés ainsi que des échantillons de terrain de virus émergents et inconnus. "Nous avons développé une plateforme portable pour enrichir et isoler les virus en fonction de leur taille physique, " dit Yin-Ting Yeh, chercheur postdoctoral à Penn State et premier auteur de l'article. "Cette approche basée sur la taille ajustable permet un enrichissement rapide du virus directement à partir d'échantillons de terrain sans utiliser d'anticorps. L'appareil permet une détection précoce des maladies émergentes et permet potentiellement le développement de vaccins beaucoup plus tôt dans le processus d'une épidémie."