Un nouvel outil pourrait facilement détecter les marqueurs protéiques du cancer et les virus

Checked_Mis/iStock

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Les chercheurs ont développé une minuscule biopuce composée de blocs de silicium qui ont le potentiel de réaliser un criblage génétique rapide de milliers de molécules.

Selon un rapport de Science, cet outil pourrait éventuellement identifier plus de 160 000 molécules distinctes dans un seul centimètre carré d’espace.

Cette technologie innovante a des implications dans un large éventail de domaines médicaux, notamment la détection des marqueurs protéiques du cancer et le diagnostic clinique des infections respiratoires.

La plupart des capteurs de tests génétiques dépendent de la surveillance de l’absorption ou de l’émission de lumière provenant de molécules ciblées conçues pour se lier au gène cible.

Ces méthodes utilisent la réaction en chaîne par polymérase pour générer de nombreuses copies de la cible avant de tenter de l'identifier, ce qui augmente le coût et la durée des tests.

De plus, les capteurs de criblage génétique précédents étaient incapables d’identifier une grande variété de composés cibles et nécessitaient un marquage optique pour détecter les séquences cibles.

Les auteurs de l’Université de Stanford ont écrit dans l’étude : « Nous introduisons une plateforme de criblage génétique sans étiquette basée sur des nanoantennes en silicium à facteur Q élevé fonctionnalisées avec des fragments d’acide nucléique. »

Pour développer cet outil, les scientifiques ont utilisé une technologie de détection optique basée sur des métasurfaces constituées de petites boîtes de silicium. Ces minuscules réseaux de silicium mesurent environ 500 nanomètres de hauteur, 600 nanomètres de longueur et 160 nanomètres de largeur.

Les boîtes en silicium peuvent concentrer la lumière proche infrarouge sur leur surface supérieure grâce aux nanoantennes. "Ces métasurfaces sont constituées de nanoantennes sub-longueur d'onde qui confinent fortement la lumière dans le champ proche tout en permettant un contrôle précis de la diffusion en champ lointain", explique l'étude.

Selon Science, cette approche permet à un microscope optique de base de mesurer le changement de longueur d'onde de la lumière émanant de chaque bloc de silicium, qui varie en fonction des molécules situées au-dessus des boîtes.

Pour tester l'outil, les chercheurs ont attaché des extraits de gènes simple brin de 22 nucléotides à des boîtes de silicium et ont immergé le tableau dans une solution tampon.

Lorsque les brins d’ADN complémentaires ont été introduits dans la solution, ils ont immédiatement rejoint ceux qui étaient attachés, décalant ainsi la longueur d’onde de la lumière émise par la surface de chaque boîte.

Selon l’auteur, cet outil permet d’identifier facilement 4 000 copies de gènes cibles par microlitre.

Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.

Résumé de l'étude :

Les méthodes d’analyse génétique sont fondamentales pour faire progresser la médecine personnalisée, accélérer le diagnostic des maladies et surveiller la santé des organismes et des écosystèmes. Les technologies actuelles d’acide nucléique telles que la réaction en chaîne par polymérase (PCR) et le séquençage de nouvelle génération (NGS) reposent sur l’amplification d’échantillons et peuvent souffrir d’inhibition. Nous introduisons ici une plate-forme de criblage génétique sans étiquette basée sur des nanoantennes de silicium à facteur Q élevé fonctionnalisées avec des fragments d'acide nucléique. Chaque nanoantenne à Q élevé présente des facteurs de qualité de résonance moyens de 2 200 dans un tampon physiologique. Nous détectons quantitativement deux fragments de gènes, l'enveloppe du SARS-CoV-2 (E) et le cadre de lecture ouvert 1b (ORF1b), avec une spécificité élevée via l'hybridation de l'ADN. Nous démontrons également une sensibilité femtomolaire dans le tampon et une sensibilité nanomolaire dans les éluats nasopharyngés enrichis en 5 minutes. Les nanoantennes sont structurées à des densités de 160 000 appareils par cm2, permettant ainsi de futurs travaux sur la détection hautement multiplexée. Combinés aux progrès du traitement d’échantillons complexes, nos travaux constituent la base d’analyses moléculaires rapides, compactes et sans amplification.