Des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon rapportent les résultats d'une plate-forme de biodétection avancée à base de nanomatériaux qui détecte, en quelques secondes, des anticorps spécifiques au SARS-CoV-2, le virus responsable de la pandémie de COVID-19. En plus des tests, la plateforme permettra de quantifier avec précision la réponse immunologique des patients aux nouveaux vaccins.

Les résultats ont été publiés cette semaine dans la revue Matériaux avancés . Les collaborateurs de Carnegie Mellon comprenaient l'Université de Pittsburgh (Pitt) et l'UPMC.

La plateforme de test identifie la présence de deux des anticorps du virus, protéine de pointe S1 et domaine de liaison au récepteur (RBD), dans une très petite goutte de sang (environ 5 microlitres). Les concentrations d'anticorps peuvent être extrêmement faibles et toujours détectées en dessous d'un picomolaire (0,15 nanogramme par millilitre). Cette détection se produit par une réaction électrochimique dans un appareil microfluidique portable qui envoie les résultats presque immédiatement à une simple interface sur un téléphone intelligent.

"Nous avons utilisé les dernières avancées en matière de matériaux et de fabrication telles que l'impression 3-D de nanoparticules pour créer un appareil qui détecte rapidement les anticorps COVID-19, " dit Rahul Panat, professeur agrégé de génie mécanique à Carnegie Mellon qui utilise des techniques de fabrication additive spécialisées pour des recherches allant des interfaces cerveau-ordinateur aux dispositifs de biosurveillance.

Une technologie de fabrication additive appelée impression 3D par jet d'aérosol est responsable de l'efficacité et de la précision de la plate-forme de test. Minuscule, des électrodes micropiliers en or peu coûteuses sont imprimées à l'échelle nanométrique à l'aide de gouttelettes d'aérosol qui sont frittées thermiquement ensemble. Cela provoque un rugueux, surface irrégulière qui fournit une surface accrue des micropiliers et une réaction électrochimique améliorée, où les anticorps peuvent s'accrocher aux antigènes déposés sur l'électrode. La géométrie spécifique permet aux micropiliers de charger plus de protéines pour la détection, résultant en très précis, résultats rapides.

Le test a un taux d'erreur très faible car la réaction de liaison entre l'anticorps et l'antigène utilisé dans le dispositif est hautement sélective. Les chercheurs ont pu exploiter cette conception naturelle à leur avantage.

Les résultats arrivent à un moment urgent pendant la pandémie de COVID-19. « Parce que notre technique permet de quantifier la réponse immunitaire à la vaccination, il est très pertinent dans l'environnement actuel, ", a déclaré Panat.

Panat a collaboré avec Shou-Jiang Gao, chef du programme de virologie du cancer au Hillman Cancer Center de l'UPMC et professeur de microbiologie et de génétique moléculaire à Pitt. Azahar Ali, chercheur au laboratoire de fabrication et de matériaux avancés du Panat, était l'auteur principal de l'étude.

Le diagnostic rapide pour le traitement et la prévention des maladies transmissibles est un enjeu de santé publique qui va au-delà de la pandémie actuelle de COVID-19. Parce que la plate-forme de détection proposée est générique, il peut être utilisé pour la détection rapide de biomarqueurs d'autres agents infectieux comme Ebola, VIH, et Zika. Un test aussi rapide et efficace pourrait changer la donne pour contrôler la propagation des maladies.