Il s’agit de capteurs basés sur des nanopores qui peuvent, en capturant les signaux de molécules individuelles, permettre de diagnostiquer des maladies beaucoup plus rapidement et avec une plus grande précision que les tests actuels. Étant donné que les molécules que les scientifiques souhaitent détecter – généralement certaines molécules d’ADN ou de protéines – mesurent environ un milliardième de mètre de large, les signaux électriques qu’elles produisent sont infiniment petits et nécessitent des instruments de détection spécialisés.
L’auteur principal Kevin Freedman, professeur de bio-ingénierie à l’UCR, commente l’état de la science : « À l’heure actuelle, il faut des millions de molécules pour détecter une maladie. Nous montrons qu’il est possible d’obtenir des données utiles, voire suffisantes, à partir d’une seule molécule.
1 molécule et un niveau de sensibilité suffisant pour le diagnostic
L’équipe californienne développe des détecteurs électroniques qui se comportent comme des neurones dans le cerveau et peuvent conserver des souvenirs : plus précisément, les souvenirs des molécules ayant préalablement traversé le capteur. Pour ce faire, les scientifiques de l’UCR ont développé un nouveau modèle de circuit qui prend en compte de petits changements dans le comportement du capteur. Au cœur du circuit se trouve un nanopore, une minuscule ouverture par laquelle passent les molécules une à une. Les échantillons biologiques sont chargés dans le circuit avec des sels qui se dissocient en ions. Si des molécules de protéines ou d’ADN de l’échantillon traversent le pore, cela réduit le flux d’ions qui peuvent le traverser. “Notre détecteur mesure la réduction de flux provoquée par le passage d’une protéine ou d’un fragment d’ADN et bloquant le passage des ions.”
Le nanopore n’est donc pas qu’un simple capteurmais il agit lui-même comme un filtre, réduisant le bruit de fond provenant d’autres molécules d’un échantillon qui pourraient masquer les signaux critiques.
Les capteurs traditionnels nécessitent des filtres externes pour supprimer les signaux indésirables, et ces filtres peuvent accidentellement supprimer des informations précieuses des échantillons. La nouvelle approche garantit que le signal de chaque molécule est préservé, augmentant ainsi la précision des applications de diagnostic.
Bientôt des petits kits de diagnostic portables ? C’est l’objectif ultime de ces scientifiques qui travaillent sur un dispositif sur ce principe, pas plus gros qu’une clé USB, qui pourrait détecter les infections à un stade précoce.
Alors que les tests actuels peuvent ne pas détecter les infections plusieurs jours après l’exposition, les capteurs nanopores sont capables de détecter les infections dans un délai de 24 à 48 heures.
Un avantage significatif pour les maladies à propagation rapide,
permettant une intervention et un traitement plus précoces.
« Les nanopores offrent un moyen de détecter les infections plus tôt, avant l’apparition des symptômes et avant que la maladie ne se propage. Ce type d’outil pourrait rendre le diagnostic précoce beaucoup plus pratique pour les infections virales mais aussi pour les maladies chroniques.
La recherche marque également un pas vers séquençage de protéines à molécule unique (ou au niveau d’une seule cellule), un objectif recherché depuis longtemps en biologie. Alors que le séquençage de l’ADN révèle des instructions génétiques, le séquençage des protéines donne un aperçu de la manière dont ces instructions sont exprimées et modifiées en temps réel. Bref, une technologie émergente qui permet une détection plus précoce des maladies et des thérapies plus précises et mieux personnalisées.
« Nous sommes convaincus que les nanopores feront bientôt partie de la vie quotidienne. »
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