Ces microgouttelettes, d'environ un tiers du diamètre d'une mèche de cheveux humains, pourraient potentiellement voyager dans la circulation sanguine pour atteindre toutes les parties du corps humain et détecter les particules excrétées par les cellules, appelées exosomes, qui fonctionnent comme des biomarqueurs de maladies.

Le professeur adjoint de Nanyang, Chen Yu-Cheng, de l'École de génie électrique et électronique de NTU, qui a dirigé l'équipe de recherche avec le chercheur Dr Fang Guocheng, a déclaré que les microgouttelettes pourraient également offrir une alternative plus précise et plus efficace à la thérapie photodynamique, qui utilise la lumière activée. porteurs de médicaments pour tuer les cellules anormales.

Les travaux de l'équipe de recherche ont été rapportés dans la revue Nano Letters. en mars 2023.

Détection des maladies par la recherche de cellules malsaines

L'équipe de recherche a utilisé un cristal liquide pour créer des microgouttelettes qui ont ensuite été recouvertes de divers anticorps qui réagissent à différentes protéines excrétées par les virus, les transformant ainsi en détecteurs de maladies.

La microgouttelette sert de point focal à la lumière laser. Lorsque le laser pénètre dans la gouttelette, son énergie et sa lumière sont amplifiées car le laser réfléchit et rebondit à plusieurs reprises à l'intérieur de la gouttelette avant de sortir de la gouttelette. Cela crée un signal énergétique plus fort émis par la gouttelette, conduisant à des signaux plus précis, précis et facilement détectables.

Lorsqu'une microgouttelette rencontre une protéine qui réagit avec l'un de ses anticorps attachés, suggérant la présence d'une maladie ou d'une infection, la longueur d'onde de la lumière réfléchie par la microgouttelette change.

En mesurant le changement de longueur d'onde à la sortie de la microgouttelette, les chercheurs ont utilisé cette technologie dans des essais en laboratoire pour détecter avec succès les troubles neurologiques, les maladies génétiques et les cellules cancéreuses.

Le professeur adjoint Chen a déclaré :« L'utilisation de lasers nous permet d'amplifier des changements biologiques subtils, car ils fonctionnent bien même dans des environnements de tissus dispersés ou profonds. Les lasers offrent une cohérence et une intensité fortes ainsi qu'un rapport signal/bruit élevé, ce qui conduit à plus d'informations. détection précise."

Les chercheurs ont déclaré que les microgouttelettes avaient des applications potentielles dans le dépistage de médicaments. "Nous envisageons que l'étude proposée puisse servir d'outil utile à la fois pour la science biologique fondamentale et pour des applications telles que le dépistage de médicaments et les applications d'organes ou de tissus sur puce", a déclaré le professeur adjoint Chen.

Actuellement, les tests de cellules malades sont effectués avec une lumière fluorescente conventionnelle. L'utilisation d'un laser confère plusieurs avantages, affirment les chercheurs. Le plus important est une plus grande précision dans la détection des maladies.

"Comme la longueur d'onde d'un faisceau réfléchi par un laser occupe une bande plus étroite que la fluorescence utilisée dans les tests conventionnels, les résultats sont plus clairs et plus précis, avec moins de bruit et d'incertitude", a déclaré le Dr Fang, chercheur postdoctoral présidentiel à l'école de NTU. Génie électrique et électronique et auteur co-correspondant de l'article.

"En raison de leur grande sensibilité aux changements de l'environnement, les particules laser ont été utilisées comme capteurs moléculaires dans diverses applications", a déclaré le professeur adjoint Chen.

Ces microgouttelettes personnalisables offrent également une flexibilité de mouvement et de détection. Selon des recherches publiées antérieurement, ils peuvent être contrôlés manuellement à l’aide de particules magnétiques ou se déplacer de manière autonome à l’aide de lipides et de tensioactifs, leur permettant ainsi de se propager dans le corps. Ils sont également biodégradables et peuvent être absorbés en toute sécurité par le corps.

"La capacité de manipuler des microlasers (des lasers de quelques microns) dans des fluides biologiques ouvre de nouvelles possibilités dans les applications biophotoniques", a déclaré le professeur adjoint Chen.

Utilisations alternatives en thérapie photodynamique

Les microgouttelettes pourraient être appliquées en thérapie photodynamique, où les patients reçoivent un médicament activé par la lumière. Ces médicaments, appelés photosensibilisateurs, sont conçus pour être absorbés uniquement par des cellules malades ou anormales et ne prennent effet que lorsqu'ils sont activés par une source de lumière.

Les microgouttelettes de l'équipe sont suffisamment petites pour circuler dans la circulation sanguine et se lier également aux exosomes. Ils pourraient être utilisés pour délivrer ces photosensibilisateurs dans les zones où les cellules malades excrètent des exosomes.

La thérapie photodynamique conventionnelle utilise une lumière fluorescente externe pour activer les transporteurs de médicaments dans la circulation sanguine, qui éclairent une grande surface du corps. Les médecins peuvent activer les médicaments plus précisément et localement en utilisant un laser comme source de lumière, ce qui conduit à une meilleure efficacité ciblée.

L'équipe de recherche travaille actuellement au développement d'une biopuce intégrée qui pourrait potentiellement être commercialisée pour être utilisée dans le dépistage de médicaments et les essais biologiques sur une seule puce.