Lorsque les gens sont aux premiers stades d'une maladie non diagnostiquée, les tests immédiats qui mènent au traitement sont les meilleures premières étapes. Mais une prise de sang - généralement effectuée par un professionnel de la santé armé d'une aiguille inconfortablement grande - n'est peut-être pas la plus rapide, méthode la moins douloureuse ou la plus efficace, selon de nouvelles recherches.

Désormais, une technique utilisant des micro-aiguilles capables de prélever des quantités relativement importantes de liquide interstitiel, un liquide qui se cache juste sous la peau, ouvre de nouvelles possibilités. Précédemment, microaiguilles - minuscules, creux, aiguilles en acier inoxydable - ont drainé de minuscules quantités de liquide interstitiel nécessaires pour analyser les niveaux d'électrolyte, mais n'ont pas pu prélever suffisamment de liquide pour rendre pratiques des tests médicaux plus compliqués. Les tirages plus importants de la nouvelle méthode pourraient être plus efficaces pour mesurer rapidement l'exposition aux agents de guerre chimiques et biologiques ainsi que pour diagnostiquer le cancer et d'autres maladies, dit Ronen Polsky, chercheur et chef d'équipe des Laboratoires nationaux Sandia, qui est chercheur principal sur le projet parrainé par la Defense Threat Reduction Agency et le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Sandia.

"Nous pensons que le liquide interstitiel a un énorme potentiel de diagnostic, mais il y a eu un problème avec la collecte de quantités suffisantes pour l'analyse clinique, " dit Polsky. " Liquide interstitiel dermique, en raison de ses fonctions régulatrices importantes dans le corps, transporte en fait plus de cellules immunitaires que le sang, elle pourrait donc même prédire l'apparition de certaines maladies plus rapidement que d'autres méthodes."

Polski, avec l'Université du Nouveau-Mexique, l'U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center et d'autres chercheurs de Sandia ont décrit la nouvelle technique dans un article du 22 octobre dans le La nature journal Biologie des communications .

Les quantités relativement importantes de liquide interstitiel pur extrait, qui n'ont jamais été atteints auparavant, permettre de créer une base de données de molécules testables, comme les protéines, nucléotides, petites molécules et autres vésicules de signalisation de cellule à cellule appelées exosomes. Leur présence ou absence dans le liquide interstitiel d'un patient indiquerait alors, lorsque les données d'un individu sont transmises par voie électronique à un futur centre de données, si des troubles corporels comme les cancers, une maladie du foie ou d'autres problèmes pourraient survenir.

Le nouveau protocole d'extraction par micro-aiguille a obtenu ses derniers résultats en modifiant une technique décrite dans un article technique de 1999. La technique originale a attiré le fluide avec une micro-aiguille fixée à un substrat plat pénétrant la peau. Dans la modification récente, un anneau concentrique provenant d'un injecteur de stylo à insuline tranché horizontalement entourant l'aiguille a été utilisé par hasard et une quantité beaucoup plus importante de liquide est devenue disponible.

"Le papier précédent montrait moins d'un microlitre par insertion et nos nouvelles aiguilles obtenaient jusqu'à 2 microlitres par aiguille, nous avons donc émis l'hypothèse que la différence devait être le montage autour de l'aiguille modulant la pression appuyée sur la peau, " a déclaré le chercheur de Sandia Phillip Miller, l'auteur principal de l'article. "En créant des réseaux d'aiguilles, notre quantité extractible est passée de 2 microlitres à jusqu'à 20 microlitres chez les sujets humains. » Un microlitre équivaut à environ 0,000034 once liquide.

Liquide interstitiel, le fluide transparent qui entoure toutes les cellules humaines, est le plus souvent ressenti comme le liquide qui gonfle les cloques. Il est si important pour le transport des biomolécules entre les cellules et en tant qu'intermédiaire entre le sang et le système lymphatique que certains chercheurs l'ont évoqué, comme la peau, comme un autre organe du corps.

L'avantage du liquide interstitiel pour les patients est qu'il peut être sondé par des aiguilles de 1,5 millimètre (environ 0,06 pouce) qui sont trop courtes pour atteindre les nerfs qui causent la douleur. Il n'a pas non plus de globules rouges pour brouiller les résultats des tests. Jusqu'à cette dernière recherche, le fluide n'avait qu'une difficulté :l'incapacité des chercheurs à en prélever suffisamment non altéré par des fragments cellulaires pour effectuer un nombre suffisant de tests pour une caractérisation complète. Une micro-aiguille enfoncée dans la peau enverrait juste le liquide interstitiel qu'elle avait déplacé, une fraction de microlitre. Alternativement, l'insertion d'une petite pompe à fluide a produit des quantités importantes mais endommagées de fluide.

Accord de recherche d'un million de dollars

Les travaux de la dernière décennie ont utilisé les aiguilles en laboratoire pour collecter de minuscules quantités - des fractions de microlitres - de liquide interstitiel afin de détecter les changements en temps réel des sels corporels qui indiquent la fatigue. Les chercheurs ont imaginé un appareil de la taille d'une montre-bracelet qui donnerait des lectures instantanées d'électrolytes aux athlètes et à leurs entraîneurs, le personnel militaire sur le terrain ou les citoyens ordinaires se sentent un peu déprimés.

Cette technique s'est avérée d'un intérêt plus que théorique :Sandia Labs, avec Polsky comme enquêteur principal, vient de signer un accord de recherche et développement coopératif d'un million de dollars avec une société basée en Australie, Microfluidique Biomedical Pty. Ltd., pour développer une telle montre qui détecte le lactate et le glucose en temps réel. La montre devrait être commercialisée d'ici trois ans. Polsky a parlé de ce concept lors d'une conférence TEDxABQ en septembre 2017.

L'accord est basé sur l'intérêt de l'entreprise à créer un appareil de mesure en temps réel pour les amateurs de sport, les soldats sur le terrain et les gens ordinaires intéressés à déterminer immédiatement les problèmes de santé personnels. L'expertise de la société dans le développement d'algorithmes et l'expertise de Sandia dans la microfabrication de capteurs intégrés autonomes et la technologie des micro-aiguilles se joindront au développement du produit.

Divers modèles de montres seront testés pour la sensibilité et la sélectivité, ainsi que pour une utilisation à long terme sur des plages de concentration pertinentes dans un liquide interstitiel synthétique, puis chez des sujets vivants. Microfluidics Biomedical concevra la technologie sans fil pour transmettre le signal généré par les capteurs, qui peut être lu par les entraîneurs, les chefs d'équipe militaire ou la personne qui possède la montre.

Cet accord de recherche est important car il s'agit d'une étape dans la traversée de ce que les entrepreneurs appellent la « vallée de la mort » qui sépare souvent l'innovation de laboratoire de la réalisation en tant que produit commercial.

Mais la communauté de recherche enquêtant sur l'utilisation médicale des micro-aiguilles voulait examiner le plus gros gibier, y compris la détection de maladies redoutées plus intrusives qu'une simple pénurie d'électrolytes.

D'autres tests seront nécessaires pour collecter des données sur les composants du fluide interstitiel qui reflètent en nature, mais pas en quantité, beaucoup de ceux disponibles pour le sang. Une fois atteint, le décor sera planté pour plus de simplicité, moins cher, plus rapide, des tests indolores qui devraient à l'avenir être transmis électroniquement de la montre-bracelet d'un participant à une banque de données centrale, de déterminer en temps réel l'existence d'un problème médical et son remède au stade le plus précoce.

Il faudra de nombreuses années pour créer une base de données complète sur les maladies du monde, dit Polsky. Donc actuellement, lui et son équipe lancent un nouveau projet pour étudier les biomarqueurs dans le liquide interstitiel qui évoluent après les vaccinations contre la grippe. L'effort utilisera des employés bénévoles de Sandia. « Les vaccinations contre la grippe sont un moyen idéal pour étudier la pathogenèse des maladies infectieuses et cette étude peut conduire à une nouvelle façon de diagnostiquer la grippe et de caractériser sa propagation, " dit Polsky.