Imaginez qu’ils vous prélèvent une goutte de sang, la mettent dans un petit biocapteur de graphène et vous disent si vous êtes infecté par le virus de l’hépatite C (VHC) en quelques minutes et non après une journée, comme vous devez vous y attendre maintenant .après l’envoi du test au laboratoire. Cela pourrait bientôt devenir réalité grâce à un nouveau biocapteur de graphène présenté cette semaine dans la revue Biosensors and Bioelectronics par une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC), avec la participation d’autres centres au Portugal et en République tchèque.
Le développement de biocapteurs pour détecter différentes molécules cibles est l’un des domaines de recherche les plus actifs en biotechnologie et en biomédecine. Pendant des années, des tentatives ont été faites pour utiliser le graphène à cette fin en raison de ses propriétés électriques, mais sa faible réactivité chimique rendait difficile le « hit » de certaines molécules. Aujourd’hui, une équipe interdisciplinaire dirigée par José Angel Martin-Gagode l’Institut des sciences des matériaux de Madrid (ICMM, CSIC), a mis au point une technique basée sur l’utilisation de ultra-vide qui permet la formation d’une liaison covalente (plus forte et plus stable) entre le graphène et les molécules sondes choisies pour détecter leurs cibles.
“Nous utilisons une méthode physique basée sur les technologies du vide, suivie d’un protocole chimique, pour la fonctionnalisation covalente du graphène avec la molécule sonde (dans ce cas, un aptamère) qui nous permet de détecter l’analyte souhaité”, commente Martín-Gago. “Avec lui nous avons réussi à construire des aptasensors ultrasensibles capables de détecter une protéine clé du VHC »Expliquer palais d’irèneégalement du CIMM et premier signataire des travaux.
L’aptamère agit comme un « crochet » capable d’attraper la protéine coeur du virus
Pour avoir une idée du fonctionnement de ce système de capteurs, il faut d’abord comprendre ce que aptamèreles molécules utilisées par les auteurs de l’étude pour “pêcher” la protéine du VHC. « Un aptamère est une molécule d’acide nucléique (ADN ou ARN) capable de se lier avec une haute affinité et spécificité à l’analyte recherché, obtenue par évolution in vitro», commente-t-il à Vozpópuli Carlos Brioneschercheur au Centre d’Astrobiologie (CAB, CSIC-INTA), et co-auteur de l’ouvrage.
Pour obtenir les aptamères recherchés, les chercheurs partent d’une population de plus d’un billion de molécules d’ADN courtes (seulement 76 nucléotides) et avec une séquence aléatoire. “De là”, explique Briones, “par des cycles de sélection en présence de la molécule cible (dans ce cas, la protéine coeur du VHC) et amplification, la population est enrichie en brins d’ADN à haute affinité et spécificité pour ladite cible, jusqu’à atteindre la séquence individuelle qui la reconnaît le plus efficacement : le meilleur hameçon pour pêcher ce virus“.
De cette façon, assure-t-il, ils répètent en laboratoire les mécanismes de base de l’évolution. Une fois le meilleur aptamère pour la protéine obtenu coeur de ce virus, le crochet est prêt à être utilisé sur le biocapteur.
Virus “pêcheurs” au graphène
L’étape suivante consiste à attacher les “crochets” au “filet à papillons” du réseau de graphène, qui a été préalablement bombardé dans un ultra-vide avec des ions d’argon pour y produire une série de “petits trous”. Ils sont liés par covalence à une molécule appelée p-ATP (p-aminotiofénol), qui agit comme s’il s’agissait d’un morceau de fil de pêche solidement attaché au filet. L’extrémité libre de la ligne de pêche est ensuite attachée (par une autre liaison covalente) à l’aptamère qui doit fonctionner comme un hameçon.
Lorsque le poisson « prend » l’hameçon, le graphène détecte une modification de sa conductivité électrique qui peut être quantifiée avec une grande précision. De plus, comme l’affirme Martín-Gago, « les mesures et les calculs théoriques que nous avons effectués montrent que le système ‘hook-line’ attaché au filet agit comme une ‘antenne moléculaire’ qui concentre la variation du courant électrique et amplifie donc fortement le signal. C’est l’une des clés de la grande sensibilité de notre aptasensor.
« Le capteur a montré une sensibilité extrêmement élevée pour la détection de la protéine dans le plasma sanguin humain. coeur du VHC appartenant aux génotypes 1 à 4, responsables de 95 % des infections par ce virus », commente Palacio. En fait, la sensibilité qu’ils ont obtenue est parmi les plus élevées connues dans le domaine des biocapteurs : dans la gamme attomolaire, qui, en se souvenant des préfixes du système international d’unités, est de 10-18 moles de protéines par litre.
Pour se faire une idée, cela veut dire que le biocapteur détecte environ 30 particules de VHC par millilitre de plasmace qui est une sensibilité spectaculaire compte tenu des trillions de molécules qui circulent dans le sang.
Le biocapteur détecte environ 30 virus par millilitre de plasma, ce qui est d’une sensibilité spectaculaire
Selon ses auteurs, les résultats de l’étude ont donné naissance à un biocapteur non seulement très sensible et stablemais il présente des avantages supplémentaires par rapport aux systèmes de diagnostic du VHC actuellement utilisés : il fournit des résultats en quelques minutes, il peut être utilisé en dehors du laboratoire car il s’agit d’un “Test antigénique” très facile à utiliserIl est réutilisable et peu coûteux.
Tout cela est important quand on parle du VHC, puisque ce virus, comme le rappelle Briones, « infecte environ 100 millions de personnes dans le monde et environ quatre millions de nouvelles infections surviennent chaque année, étant la principale cause de l’hépatite C chronique et l’une des principaux déclencheurs du cancer du foie ».
Un biocapteur pour de nombreuses maladies
Les auteurs soulignent qu’« en utilisant la même technologie, sans plus que changer d’hameçon ou d’aptamère, nous pourrions “pêcher” différents types d’agents pathogènes, tels que d’autres virus avec des génomes d’ARN ou d’ADN, des bactéries, des champignons ou des parasites ». En d’autres termes, ils pourraient obtenir un système de diagnostic applicable à de nombreuses maladies infectieuses, dont le COVID-19. En fait, cette équipe de recherche se demande déjà si, à l’avenir, un même biocapteur pourrait être utilisé pour détecter différents pathogènes. simultanémentpar exemple divers virus de l’hépatite ou virus respiratoires majeurs.
Ce virus est l’un des principaux déclencheurs du cancer du foie
Etant donné que la taille de la carte électronique développée est celle d’un DNI, et que le biocapteur lui-même mesure 0,5 x 0,5 cm, les chercheurs proposent des appareils portables très simples d’utilisation, contrôlable depuis un ordinateur portable ou même un téléphone portable. Grâce à cela, les analyses pourraient être menées dans des pays en développement ou dans des régions éloignées des hôpitaux et des centres de santé.
trois axes de recherche
L’un des aspects les plus intéressants de ce travail, selon Briones, « est que liens science très fondamentale (une partie de celui-ci, a émergé pour enquêter sur l’origine de la vie) avec une science très appliquée dans le domaine de la biomédecine. Notre approche multidisciplinaire combine trois axes de recherche complémentaires : l’évolution moléculaire, les nanotechnologies et la microélectronique.
Comme le résume Martín-Gago, deux des groupes impliqués sont espagnols : « dans TAXI des aptamères de haute affinité contre la protéine ont été obtenus et caractérisés fonctionnellement coeur du VHC, et, en parallèle, dans le CIMM Un protocole pour la fonctionnalisation covalente du graphène a été développé, qui est très stable et maintient les propriétés uniques de ce matériau.” Par ailleurs, dans le Laboratoire international ibérique de nanotechnologie (INL)centre de recherche binational situé à Braga (Portugal), les plateformes de capteurs à base de transistors au graphène ont été construites, et c’est là que les chercheurs des trois instituts ont testé les aptasensors.
En parallèle, dans le Institut de physique de l’Académie des sciences de la République tchèque (Prague) des calculs théoriques ont été faits pour expliquer l’important “effet d’antenne” qui se produit dans ces biocapteurs.
Compte tenu de la grande applicabilité de cette invention dans les domaines de la biotechnologie et de la biomédecine, les auteurs vont maintenant collaborer avec d’autres groupes de recherche fondamentale et clinique, et espèrent le faire également avec des entreprises qui s’y intéressent. licencier et exploiter le brevet international qu’ils ont déposé avant la publication de leur article.
Référence : Détection attomolaire de la protéine centrale du virus de l’hépatite C alimentée par un effet de type antenne moléculaire dans un aptasensor à effet de champ de graphène (biocapteurs et bioélectronique)