Les molécules de nos organismes sont en communication constante les unes avec les autres. Certaines de ces molécules offrent une empreinte biochimique qui peut révéler la vitesse de cicatrisation des plaies, l'efficacité d'un traitement anticancéreux ou la présence d'une infection virale. Si nous pouvons détecter ces signaux en temps réel avec une grande précision, nous pouvons détecter les problèmes de santé plus tôt et même suivre la progression de la maladie.
Des chercheurs de l'Université Northwestern ont maintenant développé un nouvel appareil qui facilite la communication au sein de notre corps.
Utilisation de transistors dans les méthodes de détection biochimiques
Les signaux chimiques envoyés par le corps sont extrêmement faibles, mais les chercheurs ont créé une nouvelle technique qui amplifie les signaux de plus de 1.000 XNUMX fois. En tant que composant central de l'électronique, le transistor peut amplifier les excitations faibles et produire une sortie amplifiée. Avec la nouvelle méthode, les signaux peuvent être détectés plus facilement sans l'utilisation d'électronique complexe ou de grande taille.
La nouvelle méthode rapproche la médecine moderne de la surveillance en temps réel et sur site des maladies en amplifiant les signaux biochimiques faibles.
Selon Jonathan Rivnay, de l'Université Northwestern, l'auteur principal de l'étude, "Si nous pouvons mesurer avec précision les signaux biochimiques dans le corps, nous pouvons incorporer ces capteurs dans des technologies portables ou des implants qui prennent peu de place, mettent moins de fardeau et ne nécessitent des appareils électroniques coûteux."
Mais obtenir des signaux de haute qualité est toujours difficile. Vous devez comprendre comment amplifier ces signaux car il y a une quantité limitée d'électricité et de champ dans le corps.
Rivnay enseigne le génie biologique à la McCormick School of Engineering de la Northwestern University. Le premier auteur de l'article est Xudong Ji, un boursier postdoctoral du groupe de Rivnay.
De nombreux capteurs chimiques produisent des signaux faibles même s'ils transmettent des informations importantes susceptibles d'orienter le diagnostic et les traitements. En réalité, les professionnels de la santé doivent souvent prélever un échantillon (sang, sueur ou salive) et le faire passer dans des machines de laboratoire sophistiquées pour interpréter ces signaux. Cette technologie est souvent coûteuse et peut même être hors site. De plus, les résultats peuvent prendre beaucoup de temps à apparaître.
L'objectif de l'équipe de Rivnay est de détecter et d'amplifier ces signaux indétectables sans jamais quitter le corps.
D'autres chercheurs ont étudié des capteurs électrochimiques de biodétection utilisant des aptamères d'ADN uniques conçus pour se lier à des cibles spécifiques. Une fois que les aptamères se lient efficacement à une cible d'intérêt, ils se replient dans une nouvelle structure et fonctionnent comme un interrupteur électronique, entraînant la génération d'un signal électrochimique. Cependant, lorsqu'ils sont utilisés seuls, les aptamères produisent souvent des signaux faibles extrêmement sensibles au bruit et à la distorsion, à moins que les tests ne soient effectués dans un environnement contrôlé et parfait.
Qu'est-ce qu'Aptamère ?
Andy Ellington a inventé le mot "Aptamer". C'est l'ancêtre des mots latins "aptus" signifiant en forme et "meros" signifiant morceau. Les aptamères sont de courtes molécules d'ADN ou d'ARN simple brin (ssDNA ou ssRNA) qui ont la capacité de se lier à une variété de cibles, notamment des protéines, des peptides, des glucides, de petites molécules, des toxines et même des cellules vivantes. En raison de leur tendance à former des boucles et des hélices simple brin, les aptamères peuvent prendre diverses formes. Ils ont un large éventail d'applications et ont une forte affinité pour des cibles spécifiques. La structure tertiaire d'un aptamère régit sa liaison, pas sa séquence principale. La reconnaissance et la liaison des cibles nécessitent des interactions hydrophobes, un empilement de bases, une intercalation, des interactions tridimensionnelles dépendant de la forme. Les aptamères se lient à leurs cibles parce qu'ils leur « correspondent ».
Pour contourner ce problème, l'équipe de Rivnay a créé un capteur à base de transistor électrochimique avec une nouvelle architecture capable de détecter et d'améliorer le signal biochimique faible, en plus d'ajouter un composant amplificateur à un capteur à base d'électrodes conventionnel. L'électrode de ce nouveau dispositif est utilisée pour détecter un signal, mais le transistor adjacent n'est responsable que de l'amplification. Pour améliorer la stabilité et la fiabilité des impulsions amplifiées, les chercheurs ont également ajouté une électrode de référence interne à couche mince.
Utilisation de méthodes électrochimiques
« Nous combinons la capacité d'amplification native du transistor avec le référencement que vous obtenez à partir de méthodes électrochimiques éprouvées. C'est le meilleur des deux mondes car nous pouvons à la fois mesurer et amplifier la liaison des aptamères de manière cohérente et locale.
L'équipe de Rivnay a utilisé une cytokine commune, une classe de protéines de signalisation impliquées dans la régulation de la réponse immunitaire et la réparation et la régénération des tissus, pour valider la nouvelle technologie. En mesurant la concentration de certaines cytokines près de la plaie, les chercheurs peuvent déterminer la vitesse de cicatrisation d'une plaie, s'il y a une nouvelle infection et si des soins médicaux supplémentaires sont nécessaires.
Rivnay et ses collègues ont pu augmenter le signal des cytokines de trois à quatre ordres de grandeur dans une série d'expériences, par rapport aux techniques conventionnelles de détection d'aptamères à base d'électrodes. Rivnay affirme que bien qu'elle fonctionne bien dans les tests pour détecter la signalisation des cytokines, la technologie peut amplifier les signaux de n'importe quelle molécule ou produit chimique, y compris les anticorps, les hormones ou les médicaments, pour lesquels le schéma de détection utilise des rapporteurs électrochimiques.
Selon Rivnay, "cette approche est généralement applicable et n'a pas d'utilisation spécifique". "Notre grande vision est d'appliquer notre concept à des biocapteurs portables ou implantables qui peuvent à la fois détecter et répondre à un problème", déclare l'auteur.
Le titre de la recherche est "Transistors électrochimiques organiques en tant qu'amplificateurs de signal in situ pour la détection électrochimique à base d'aptamères".
Source : Techxplore - Xudong Ji et al, Transistors électrochimiques organiques comme amplificateurs de signal sur site pour la détection électrochimique à base d'aptamère, Nature Communications (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-37402-2
📩 02/04/2023 17:26