Des ingénieurs de la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à St. Louis ont reçu un financement fédéral pour un test COVID-19 rapide utilisant une technologie nouvellement développée.

Srikanth Singamaneni, professeur de génie mécanique et science des matériaux, et son équipe ont développé un rapide, biocapteur très sensible et précis basé sur une nanosonde fluorescente ultra-brillante, qui a le potentiel d'être largement déployé.

Appelé fluor plasmonique, la nanosonde fluorescente ultrabrillante peut également être utile dans des conditions de ressources limitées, car elle nécessite moins d'instruments complexes pour lire les résultats.

Singamaneni émet l'hypothèse que leur biocapteur à base de fluor plasmonique sera 100 fois plus sensible que la méthode conventionnelle de détection des anticorps SARS-CoV-2. Une sensibilité accrue permettrait aux cliniciens et aux chercheurs de trouver plus facilement les cas positifs et de réduire les risques de faux négatifs.

Le fluor plasmonique agit en augmentant le signal de fluorescence jusqu'au bruit de fond. Imaginez que vous essayez d'attraper des lucioles à l'extérieur par une journée ensoleillée. Vous pourriez en gagner un ou deux, mais contre l'éclat du soleil, ces petits bougres sont difficiles à voir. Et si ces lucioles avaient la même luminosité qu'une lampe de poche haute puissance ?

Le fluor plasmonique augmente efficacement la luminosité des marqueurs fluorescents utilisés dans diverses méthodes de biodétection et de bioimagerie. En plus des tests COVID-19, il pourrait potentiellement être utilisé pour diagnostiquer, par exemple, qu'une personne a eu une crise cardiaque en mesurant les niveaux de molécules pertinentes dans des échantillons de sang ou d'urine.

En utilisant du fluor plasmonique, qui est composé de nanoparticules d'or enrobées de colorants conventionnels, les chercheurs ont pu obtenir jusqu'à 6, Nanolabel fluorescent 700 fois plus lumineux que les colorants conventionnels, qui peut potentiellement conduire à un diagnostic précoce. En utilisant ce nanolabel comme une lampe de poche ultra-lumineuse, ils ont démontré la détection de quantités extrêmement faibles de biomolécules cibles dans les biofluides et même de molécules présentes sur les cellules.

L'étude a été publiée dans le numéro du 20 avril de Nature Génie Biomédical .

Les nanoparticules d'or servent de balises

Dans la recherche biomédicale et les laboratoires cliniques, la fluorescence est utilisée comme une balise pour voir et suivre les biomolécules cibles avec précision. C'est un outil extrêmement utile, mais ce n'est pas parfait.

"Le problème de la fluorescence est, dans bien des cas, ce n'est pas assez intense, " a déclaré Singamaneni. Si le signal fluorescent n'est pas assez fort pour se démarquer des signaux de fond, comme des lucioles contre l'éclat du soleil, les chercheurs peuvent manquer de voir quelque chose de moins abondant mais important.

"Augmenter la luminosité d'un nanolabel est extrêmement difficile, " dit Jingyi Luan, auteur principal de l'article. Mais ici, c'est la nanoparticule d'or située au centre du fluor plasmonique qui fait vraiment le travail de transformer efficacement les lucioles en lampes de poche, pour ainsi dire. La nanoparticule d'or agit comme une antenne, lumière fortement absorbante et diffusante. Cette lumière très concentrée est canalisée dans le fluorophore placé autour de la nanoparticule. En plus de concentrer la lumière, les nanoparticules accélèrent le taux d'émission des fluorophores. Pris ensemble, ces deux effets augmentent l'émission de fluorescence.

Essentiellement, chaque fluorophore devient une balise plus efficace, et les 200 fluorophores assis autour de la nanoparticule émettent un signal égal à 6, 700 fluorophores.

En plus de détecter de faibles quantités de molécules, le temps de détection peut être raccourci en utilisant du fluor plasmonique, car des balises plus lumineuses signifient que moins de protéines capturées sont nécessaires pour déterminer leur présence.

Les chercheurs ont également montré que le fluor plasmonique permet la détection de plusieurs protéines simultanément. Et en cytométrie de flux, l'effet éclaircissant du fluor plasmonique permet une mesure plus précise et plus sensible des protéines à la surface des cellules, dont le signal peut avoir été enfoui dans le bruit de fond à l'aide d'un marquage fluorescent traditionnel.

Il y a eu d'autres efforts pour améliorer le marquage fluorescent en imagerie, mais beaucoup nécessitent l'utilisation d'un flux de travail et d'une plate-forme de mesure entièrement nouveaux. En plus de la capacité du fluor plasmonique à augmenter considérablement la sensibilité et à diminuer le temps de détection, il ne nécessite aucune modification des outils ou techniques de laboratoire existants.

La technologie a été concédée sous licence à Auragent Bioscience LLC par le Bureau de gestion de la technologie de l'Université de Washington. Auragent est en train de poursuivre le développement et d'intensifier la production de fluors plasmoniques pour la commercialisation.