Beaucoup peuvent être détectés dans le sang ou l'urine :maladies virales, les troubles métaboliques ou les maladies auto-immunes peuvent être diagnostiqués avec des tests de laboratoire, par exemple. Mais de tels examens prennent souvent quelques heures et sont assez complexes, c'est pourquoi les médecins remettent les échantillons à des laboratoires spécialisés.

Des scientifiques de l'ETH Zurich et de la société Roche ont développé conjointement une toute nouvelle méthode d'analyse basée sur la diffraction de la lumière sur des molécules sur une petite puce. La technique a le potentiel de révolutionner le diagnostic :à l'avenir, les médecins peuvent être en mesure d'effectuer des examens complexes facilement et rapidement dans leur propre pratique.

Directement visible avec la lumière laser

Comme pour les autres procédures de diagnostic établies, la nouvelle méthode utilise également le principe de verrouillage à clé de la reconnaissance moléculaire :par exemple, afin de déterminer une protéine particulière dissoute dans le sang (la "clé"), il doit s'arrimer à un anticorps approprié (le « verrou »). Dans les méthodes de test immunologiques établies, la "clé dans la serrure" est rendue visible avec une deuxième clé codée par couleur, mais cette étape n'est plus nécessaire dans le nouveau processus - la "clé dans la serrure" peut être rendue visible directement avec une lumière laser.

Les scientifiques utilisent une puce avec une surface spécialement revêtue composée de minuscules points avec un motif rayé spécifique. Les molécules en question se lient aux rayures mais pas aux interstices entre les rayures. Si une lumière laser est maintenant dirigée le long de la surface de la puce, il est courbé (diffracté) en raison de la disposition spéciale des molécules dans le motif et focalisé sur un point en dessous de la puce. Un point lumineux devient visible. Lorsque les scientifiques placent des échantillons sans les molécules sur la puce, la lumière n'est pas courbée et aucun point lumineux n'est visible.

Interaction moléculaire

"Le point de lumière est un effet de l'interaction de centaines de milliers de molécules dans leur arrangement spécifique, " dit Christof Fattinger, un scientifique à Roche. "Comme avec un hologramme, le caractère ondulatoire de la lumière laser est utilisé de manière ciblée."

Janos Vörös, professeur de bioélectronique à l'ETH Zurich, compare le principe à un orchestre :« Les molécules sont les musiciens, le motif à rayures le conducteur. Cela garantit que tous les musiciens travaillent de concert. » Les scientifiques appellent le motif rayé « mologramme » (hologramme moléculaire) et la nouvelle technique de diagnostic « molographie focale ».

Fattinger a inventé le principe et développé ses fondements théoriques. Il y a cinq ans, il a pris un congé sabbatique dans le groupe dirigé par Vörös; la mise en œuvre pratique de la molographie est aujourd'hui issue de cette collaboration entre les scientifiques de Roche et l'ETH Zurich.

Les autres molécules ne perturbent pas

Un avantage important de la nouvelle méthode est que le signal (le point lumineux) n'apparaît que grâce aux molécules qui se lient spécifiquement au mologramme - les autres molécules présentes dans un échantillon ne produisent pas de signal. La méthode est donc sensiblement plus rapide que les méthodes d'analyse précédentes basées sur le principe du key-lock. Dans ce dernier, les autres molécules présentes dans un échantillon doivent être éliminées, ce qui à son tour ralentit et complique le diagnostic. Cela rend la nouvelle méthode idéale pour mesurer les protéines dans le sang ou d'autres fluides corporels.

« Nous espérons que cette technologie permettra à l'avenir d'effectuer davantage de tests de laboratoire directement dans le cabinet du médecin plutôt que dans un laboratoire spécialisé. Et dans un avenir lointain, les patients peuvent même utiliser la technologie à la maison, " dit Vörös.

Grand potentiel

Plusieurs mologrammes sont disposés sur une petite puce. Dans la conception actuelle, 40 mologrammes mesurent la même molécule, mais à l'avenir, il sera peut-être possible de mesurer 40 marqueurs différents ou plus simultanément sur une puce.

Les applications possibles de cette nouvelle technique sont immenses. Il pourrait être utilisé partout où l'interaction entre les molécules doit être identifiée et étudiée. La méthode est si rapide qu'elle est même adaptée aux mesures en temps réel, qui présente un intérêt particulier pour la recherche biologique fondamentale :par exemple, pour examiner à quelle vitesse une molécule biochimique se lie à une autre. D'autres applications pourraient inclure le contrôle de la qualité pour le traitement de l'eau potable ou la surveillance des processus dans l'industrie biotechnologique.

Concentration intense sur la préparation au marché

"Le fait que nous ayons réussi à mettre l'idée en pratique est dû en grande partie au fait que notre équipe de projet est interdisciplinaire, " dit Vörös. Parmi les participants figuraient des experts en photochimie, fabrication de puces et revêtement de surface. Les scientifiques ont également utilisé des polymères de revêtement spéciaux pour le mologramme, qui ont été développés récemment dans le laboratoire du professeur de l'ETH Nicholas Spencer (ETH News a rapporté:https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2016/02/swiss-army-knife -molecule.html). "Sans ces polymères et sans la collaboration avec Janos Vörös, nous serions encore loin de notre but, " dit Fattinger.

Afin de développer davantage la méthode, la collaboration entre Roche et l'ETH Zurich se poursuivra. Alors que plusieurs scientifiques et doctorants du groupe Vörös travaillent sur ses aspects scientifiques, les partenaires prévoient également d'explorer les opportunités de commercialisation pour diverses applications.