Nommé ExoArc, l'appareil peut atteindre une pureté élevée du plasma sanguin en éliminant plus de 99,9 % des cellules sanguines et des plaquettes avec précision et douceur en une seule étape.

Cela accélérera considérablement l’analyse clinique des molécules d’ADN et d’ARN acellulaires, ainsi que des nanoparticules communément appelées vésicules extracellulaires. Ces particules sont souvent utilisées pour dépister des biomarqueurs qui sont des signes révélateurs spécifiques à certains cancers et maladies.

Actuellement, la seule façon d'isoler le plasma sanguin consiste à utiliser une centrifugeuse, qui fait tourner les échantillons de sang à grande vitesse pour séparer les cellules sanguines du plasma.

Cependant, même après deux cycles d'essorage dans la centrifugeuse, certaines cellules et plaquettes présentes dans le plasma sanguin peuvent encore se décomposer ou se dégrader, libérant ainsi du contenu biologique supplémentaire, conduisant ainsi à des matières indésirables qui affectent la précision des tests de diagnostic. .

En guise de preuve de concept, l'équipe a construit un prototype portable (mesurant 30 cm x 20 cm x 30 cm) pour abriter la puce ExoArc (3,5 cm x 2,5 cm x 0,3 cm), dotée d'une grande interface à écran tactile pour ajuster les paramètres. ainsi que des pompes et des tuyauteries internes pour le traitement des échantillons de sang et la collecte du plasma sanguin isolé.

En collaboration avec des cliniciens-chercheurs du National Cancer Center Singapore (NCCS), de l'hôpital Tan Tock Seng (TTSH) et de l'Agence pour la science, la technologie et la recherche (A*STAR), l'équipe a validé cliniquement ExoArc en analysant le profil microARN du plasma sanguin. chez des personnes en bonne santé et des patients atteints de cancer à l'aide d'un panel de biomarqueurs et a découvert qu'il était capable de diagnostiquer le cancer du poumon non à petites cellules avec une sensibilité de 90 %.

En tant qu'innovation, ExoArc a actuellement deux demandes de brevet déposées auprès de NTUitive, la société d'innovation et d'entreprise de NTU, et les résultats de son étude ont été récemment publiés dans ACS Nano. .

Le scientifique principal de l'étude, le professeur agrégé de NTU Hou Han Wei, a déclaré que l'équipe visait à trouver une solution plus rapide qui pourrait remplacer la centrifugeuse, tout en produisant du plasma de haute qualité pour le dépistage et la recherche de maladies.

"Cela fait près de 160 ans depuis l'invention de la première centrifugeuse et environ 50 ans depuis que les centrifugeuses modernes à grande vitesse sont devenues un outil standard dans les laboratoires pour préparer des échantillons de sang. Malgré ces progrès, la séparation de liquides complexes comme le sang, qui comprend différents types de cellules et une gamme diversifiée de matériaux biologiques, reste un défi", a expliqué le professeur Assoc Hou, ingénieur biomédical de l'École de génie mécanique et aérospatial et de l'École de médecine Lee Kong Chian (LKCMedicine).

"En exploitant un phénomène d'écoulement unique dans de minuscules canaux dans une puce de la taille d'une pièce d'un dollar, nous pouvons désormais séparer efficacement les petits matériaux biologiques en fonction de leur taille sans utiliser de membrane physique ou de filtre. Nous avons transformé cette technologie révolutionnaire en un appareil de la taille d'une petite imprimante de bureau, doté de puces en plastique jetables pour éviter la contamination croisée lors des tests cliniques."

Co-auteur de l'article, le professeur Darren Lim, consultant principal à la Division d'oncologie médicale du NCCS et directeur de recherche au SingHealth Duke-NUS Lung Center, a expliqué l'importance d'un plasma sanguin de haute qualité.

"La réduction de la contamination par les cellules sanguines dégradées est cruciale pour l'exactitude des tests de diagnostic. Notre étude montre que cet appareil permet des diagnostics cliniques plus rapides et plus précis, réduisant considérablement le temps d'attente pour les résultats des tests, réduisant l'anxiété des patients et améliorant finalement leurs soins globaux. Ceci est particulièrement important pour le traitement du cancer", a déclaré le professeur Lim.

Dans une autre démonstration de sa vaste application, l'équipe a utilisé ExoArc pour étudier des molécules de microARN provenant d'échantillons de plasma sanguin provenant d'individus en bonne santé et de personnes atteintes de diabète sucré de type 2, à l'aide d'une réaction en chaîne par polymérase quantitative (PCR).

À partir d’un seul tube de sang, ils ont identifié 293 molécules de microARN différentes. L’équipe de recherche a également découvert que le profil des microARN des plasmas et des vésicules extracellulaires des personnes atteintes de diabète de type 2 avait une composition différente de celle des participants en bonne santé. Cela suggère le potentiel d'ExoArc pour aider à isoler et identifier les biomarqueurs liés à la maladie.

Le professeur agrégé Rinkoo Dalan, consultant principal spécialisé dans le diabète et l'endocrinologie à l'hôpital Tan Tock Seng, a déclaré que les premiers résultats sont prometteurs et montrent le potentiel d'ExoArc dans sa capacité à contribuer à la médecine de précision.

« Cette technologie peut aider les cliniciens à mieux prédire et gérer les complications de maladies métaboliques chroniques comme le diabète, en fournissant des informations plus précises, plus opportunes et plus individualisées. En détectant avec précision des biomarqueurs spécifiques, nous pouvons adapter les traitements aux besoins uniques de chaque patient, améliorant potentiellement les résultats. et améliorer la qualité des soins", a déclaré le professeur associé Dalan, qui est également professeur à LKCmedicine.

ExoArc vs centrifugeuse conventionnelle

La méthode de référence actuelle pour isoler le plasma sanguin repose sur des centrifugeuses, qui ne sont pas infaillibles et dépendent fortement de la compétence des techniciens qui extraient manuellement le plasma après chaque rotation.

Même après deux cycles de centrifugation, qui peuvent prendre jusqu'à une heure, des cellules biologiques résiduelles peuvent rester dans le plasma, contaminant potentiellement les tests ARN et conduisant à des résultats inexacts.

L’une des principales raisons est que les analyses de sang sont sensibles au facteur temps et nécessitent un traitement dans un délai d’une journée, voire de quelques heures, pour éviter la dégradation rapide du matériel biologique des cellules. Cette dégradation introduit de l'ADN, de l'ARN ou des vésicules supplémentaires dans le plasma, ce qui peut fausser les résultats du test.

Les laboratoires attendent généralement d’accumuler plusieurs échantillons de sang avant d’utiliser la centrifugeuse, prolongeant ainsi le processus d’isolement de plusieurs heures. Ce retard, combiné à la durée prolongée de la centrifugation et à la variabilité des opérateurs, rend parfois difficile la comparaison des résultats scientifiques entre différents laboratoires de recherche.

Contrairement à la centrifugeuse qui traite habituellement plusieurs tubes d'échantillons de sang, la technologie ExoArc peut être étendue en concevant plusieurs canaux pour isoler simultanément le plasma sanguin au fur et à mesure que les échantillons de sang sont reçus dans les cliniques ou les hôpitaux, de manière plus rapide et plus cohérente.

À l’avenir, ce processus pourrait être automatisé en une seule étape, ce qui réduirait considérablement le temps nécessaire à la préparation des échantillons pour les tests et rationaliserait le processus de diagnostic, contribuant ainsi potentiellement à réduire le coût global. En ajustant le seuil de taille, cette technologie de plate-forme peut également être utilisée pour isoler des bactéries ou des virus du sang ou d'autres biofluides.

Le développement d'ExoArc est soutenu par une subvention de preuve de concept et de preuve de valeur du NTUitive Gap Fund, dans le cadre de l'initiative NTU Innovation and Entrepreneurship. Cette initiative vise à transformer la recherche en innovations pratiques qui répondent aux défis sociétaux, comme le vieillissement de la population, et génèrent des avantages économiques significatifs pour Singapour.