L'hormone sexuelle communément appelée œstrogène joue un rôle important dans de multiples aspects de la santé et de la fertilité des femmes. Des niveaux élevés d'œstrogènes dans le corps sont associés aux cancers du sein et des ovaires, tandis que de faibles niveaux d'œstradiol peuvent entraîner l'ostéoporose, des maladies cardiaques et même la dépression. (L’œstrogène est une classe d’hormones dont l’estradiol est la forme la plus puissante). L'estradiol est également nécessaire au développement des caractères sexuels secondaires chez la femme et régule le cycle reproductif.

En raison de ses nombreuses fonctions, l'hormone estradiol est souvent spécifiquement surveillée par les médecins dans le cadre des soins de santé des femmes, mais cela nécessite généralement que la patiente se rende dans une clinique pour faire prélever du sang en vue d'une analyse en laboratoire. Même les kits de test à domicile nécessitent que des échantillons de sang ou d'urine soient envoyés par courrier à un laboratoire.

Mais les chercheurs de Caltech ont développé un capteur portable qui surveille l'œstradiol en détectant sa présence dans la sueur. Les chercheurs affirment que le capteur pourrait un jour permettre aux femmes de surveiller plus facilement leurs taux d'œstradiol à la maison et en temps réel.

L'article décrivant la recherche, "Un nanobiocapteur aptamère portable pour la surveillance non invasive des hormones féminines", paraît dans le numéro du 28 septembre de Nature Nanotechnology. .

La recherche a été menée dans le laboratoire de Wei Gao, professeur adjoint de génie médical, chercheur au Heritage Medical Research Institute, et boursier Ronald et JoAnne Willens. Ces dernières années, Gao a développé des capteurs de sueur qui détectent le cortisol, une hormone associée au stress; la présence du virus COVID-19; un biomarqueur indiquant une inflammation dans le corps ; et toute une série d'autres nutriments et composés biologiques.

Gao affirme que le développement du capteur d'œstradiol a été stimulé en partie par les demandes de personnes qui n'étaient pas satisfaites des options dont elles disposaient pour surveiller leurs niveaux d'œstrogènes et qui avaient vu ses travaux antérieurs.

"Les gens me demandent souvent si je pourrais fabriquer le même type de capteur de sueur pour les hormones féminines, car nous savons à quel point ces hormones ont un impact sur la santé des femmes", explique Gao.

Une population de femmes qui bénéficieraient d'une surveillance de l'estradiol est celle qui tente de concevoir un enfant, soit naturellement, soit par fécondation in vitro. Le succès de l’une ou l’autre méthode dépend du bon timing en ce qui concerne l’ovulation, mais toutes les femmes n’ont pas un cycle de reproduction qui suit un horaire régulier. Certaines femmes ont pu suivre leur ovulation en surveillant leur température corporelle, mais Gao affirme que cette méthode a une utilité limitée car elle n'est pas très précise et la température corporelle n'augmente pas tant que l'ovulation n'a pas commencé.

"Mais les œstrogènes augmentent avant l'ovulation", dit-il. "Grâce à ce capteur de sueur, nous serions en mesure d'avertir les gens à l'avance."

D'autres personnes qui pourraient bénéficier d'un capteur d'œstrogène portable sont celles qui suivent un traitement hormonal substitutif (THS), car leur corps ne produit pas suffisamment d'œstradiol. Chez ces patients, les niveaux d'estradiol doivent être soigneusement surveillés pour garantir qu'ils prennent la bonne dose.

Le capteur développé par l'équipe de Gao est similaire à bien des égards aux différents capteurs développés par le groupe dans le passé. Il est construit sur une membrane en plastique flexible; possède de minuscules passages gravés (microfluidique) pour canaliser de petites quantités de sueur dans le capteur ; et des nanoparticules d'or imprimées par jet d'encre et des films de carbure de titane (appelés MXènes) qui confèrent au capteur une grande surface et une conductivité électrique pour augmenter sa sensibilité.

Le principal défi, et ce qui a dicté des changements dans la conception du capteur cette fois-ci, est que l'estradiol, qui est déjà présent à des niveaux assez faibles dans le sang, est environ 50 fois moins concentré dans la sueur.

"Comme sa concentration est si faible, il est très difficile de détecter automatiquement l'estradiol dans la sueur", explique Gao.

Pour le nouveau capteur, l’équipe de recherche a utilisé un ADN court simple brin appelé aptamères. Les aptamères fonctionnent comme des anticorps artificiels et sont conçus pour se lier spécifiquement à une molécule cible. Les aptamères sont attachés à une surface modifiée avec des nanoparticules d'or et se lient à des molécules d'ADN simple brin marquées avec une molécule qui peut directement donner ou accepter des électrons dans certaines conditions.

Lorsqu'un aptamère se lie à une molécule d'estradiol, il libère la molécule rédox. Cette molécule est captée par une électrode proche constituée de nanoparticules d'or recouvertes de MXène, générant un signal électrique en corrélation avec le niveau d'œstradiol. Ce matériel transmet ensuite sans fil les données qu'il collecte à une application qui s'exécute sur un téléphone intelligent, offrant ainsi une interface simple à l'utilisateur.

Une autre innovation de cet appareil réside dans la conception de la microfluidique qui collecte la sueur et la canalise vers le capteur. De minuscules valves automatiques intégrées à la microfluidique laissent entrer seulement une petite quantité fixe de sueur dans le capteur, puis empêchent toute pénétration de sueur supplémentaire. La conception permet une analyse stable de l’estradiol sans que de la sueur supplémentaire ne perturbe le processus. De plus, pour tenir compte des différences dans la composition de la sueur, l'appareil collecte également des informations sur le pH de la sueur, les niveaux de sel dans la sueur et la température de la peau, et les utilise pour un étalonnage en temps réel.

Des tests en laboratoire ont montré que le capteur peut suivre de manière fiable et précise l'évolution des niveaux d'estradiol dans la sueur au cours du cycle de reproduction, du niveau le plus bas pendant la menstruation jusqu'à son niveau le plus élevé (10 fois plus élevé) pendant l'ovulation.

Gao dit qu'il envisage de continuer à travailler sur cette technologie pour lui permettre de surveiller d'autres hormones féminines, comme l'hormone lutéinisante ou la progestérone, qui sont toutes deux impliquées dans l'ovulation. Il espère également miniaturiser tous ces capteurs afin qu'ils puissent tous tenir dans un petit appareil portable tel qu'une bague discrète pouvant être portée au doigt.

Les co-auteurs de l'étude comprennent des chercheurs postdoctoraux associés en génie médical Cui Ye, Minqiang Wang et Juliane R. Sempionatto ; les étudiants diplômés en génie médical Jihong Min, Heather Lukas, Jiahong Li et Changhao Xu; et Roland Yingjie Tay, anciennement de Caltech et maintenant à l'Université technologique de Nanyang de Singapour.

Plus d'informations : Cui Ye et al, Un nanobiocapteur aptamère portable pour la surveillance non invasive des hormones féminines, Nature Nanotechnology (2023). DOI :10.1038/s41565-023-01513-0

Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle

Fourni par l'Institut de technologie de Californie