Des chercheurs de l'Université d'État du Michigan et de l'Université de la Colombie-Britannique ont inventé un système capable de détecter rapidement et à moindre coût les virus aéroportés en utilisant la même technologie que celle utilisée pour les trains à grande vitesse.
L’équipe a montré qu’une technique connue sous le nom de lévitation magnétique peut être utilisée pour collecter et concentrer facilement les virus de l’air afin d’aider à prévenir de futures épidémies de maladies respiratoires. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue ACS Nano .
"Il est très important de disposer d'une gestion et de prévisions en temps réel pour les virus", a déclaré Morteza Mahmoudi, professeur agrégé au département de radiologie et au programme de santé de précision de MSU. "Ce que nous avons développé est un système qui pourrait nous aider, nous et d'autres parties prenantes, à obtenir plus d'informations sur les différents types de virus présents dans l'air que nous respirons."
"Cela pourrait aider à identifier qu'un environnement est contaminé avant qu'une pandémie ne se produise", a déclaré Sepideh Pakpour, professeur adjoint d'ingénierie qui a dirigé l'équipe de recherche du campus Okanagan de l'UBC.
En plus de servir de système d'alerte précoce, la nouvelle technique de l'équipe pourrait également aider les responsables de la santé et les épidémiologistes à mieux suivre et retracer l'exposition aux virus dans les lieux publics.
Pakpour et Mahmoudi ont lancé ce projet appliquant la lévitation magnétique, ou maglev, aux virus respiratoires en 2018 avec le soutien de la Fondation Walsh et du New Frontiers in Research Fund. Près de la moitié des infections des voies respiratoires inférieures sont causées par des virus que les gens respirent à l'intérieur, ont écrit les chercheurs dans leur rapport.
Mais lorsque la pandémie de coronavirus a éclaté et qu’ils ont appris qu’elle était causée par un virus aéroporté, ils ont compris qu’ils devaient redoubler d’efforts. L'équipe a utilisé une version désactivée du coronavirus responsable du COVID-19 dans son rapport de validation de principe, ainsi que la grippe H1N1 et un virus qui infecte une bactérie connue sous le nom de bactériophage MS2.
Le système collecte d’abord des échantillons d’air, puis injecte l’échantillon dans un fluide où le maglev sépare les virus des autres particules. Le contenu viral isolé et purifié est ensuite transmis à d’autres techniques analytiques standard pour identification en quelques minutes. L'approche est si simple qu'elle pourrait être utilisée par des non-experts dans divers contextes, tels que les cliniques et les aéroports, ont indiqué les chercheurs.
L'équipe fait les premiers pas vers la commercialisation de sa technologie tout en travaillant à l'améliorer.
Bien que les techniques en aval puissent identifier les virus présents dans un échantillon, l’un des objectifs futurs de l’équipe est d’affiner l’étape maglev pour distinguer les différents virus par elle-même. Les chercheurs travaillent également à accroître la sensibilité de leur technique et à détecter les virus dans l'air à des concentrations plus faibles.
Néanmoins, l'équipe est enthousiasmée par ce qu'elle a pu accomplir lors de son travail initial et par ce qu'elle pourrait permettre à d'autres chercheurs de faire.
"L'utilisation du maglev pour la détection des maladies et la purification des virus est toute nouvelle et pourrait ouvrir la voie à des applications dans de nombreux domaines différents", a déclaré Mahmoudi. "Cela ouvre une direction fondamentalement nouvelle en biochimie analytique."
La lévitation magnétique, comme son nom l’indique, utilise des aimants pour contrecarrer l’attraction descendante de la gravité. Les trains Maglev flottent au-dessus de leurs voies et, sans être gênés par ce frottement de contact, peuvent atteindre des vitesses supérieures à 200 miles par heure. Alors que les trains à sustentation magnétique existent depuis des décennies, l'utilisation de la lévitation magnétique en biologie est plus récente.
Par exemple, ce n’est qu’au cours de la dernière décennie que des chercheurs de Stanford ont montré que des cellules vivantes pouvaient être lévitées magnétiquement dans des mélanges ou des solutions liquides. Ils ont ensuite utilisé cette technique pour montrer que différents types de cellules (levures, bactéries, cellules humaines saines et cellules cancéreuses) pouvaient être séparés selon leur densité.
Plus récemment, Pakpour et Mahmoudi ont collaboré pour montrer que le maglev peut être appliqué aux protéines du plasma sanguin pour rechercher des indicateurs de consommation d'opioïdes et de sclérose en plaques. Cela les a convaincus que le maglev devrait également fonctionner avec les virus.
"Si vous regardez la structure des virus, ce sont principalement des protéines, et nous savions que nous pouvions faire léviter les protéines", a déclaré Pakpour. "Je savais donc que cela devrait fonctionner, mais j'ai quand même été surpris quand cela a fonctionné."
"C'était très difficile, surtout au début", a déclaré Mahmoudi. "Le maglev conventionnel n'est pas capable de collecter des virus submicroniques, mais nous avons apporté plusieurs modifications et avons pu affiner le système."
L’un des défis, par exemple, était que les liquides utilisés dans les maglev conventionnels pouvaient endommager ou détruire les virus. L'équipe a dû trouver de nouvelles solutions possédant des propriétés magnétiques souhaitables et compatibles avec leurs cibles.
Plus d'informations : Sepideh Pakpour et al, Le système de lévitation magnétique isole et purifie les virus aéroportés, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c01677
Informations sur le journal : ACS Nano
Fourni par l'Université de l'État du Michigan
