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Détection de pathogènes grâce aux nanotechnologies – Advanced Science News

Détection de pathogènes grâce aux nanotechnologies – Advanced Science News

Les chercheurs se tournent vers les nanotechnologies pour booster la détection des agents pathogènes, dont le SRAS-CoV-2.

La détection d’agents pathogènes et la détection d’individus infectés pendant une pandémie constituent le fondement de toute intervention de santé publique. Sans savoir qui est infecté par quoi, les médecins, les infirmières, les épidémiologistes et les services publics ne peuvent pas coordonner, suivre et traiter la propagation de la maladie. Lorsque l’adversaire est un virus, comme le SRAS-CoV-2, qui se déplace d’une personne à l’autre avec une relative facilité, savoir qu’un patient est contagieux en une heure plutôt qu’en plusieurs jours fait une énorme différence. Normalement, le diagnostic des maladies infectieuses se fait principalement en recherchant l’ADN ou l’ARN de l’agent pathogène dans les échantillons de patients, mais cela peut prendre du temps et être coûteux.

Maintenant, une équipe de biologistes, d’ingénieurs et de chimistes de l’Université d’Oviedo et de l’Université internationale de La Rioja en Espagne a mis au point un moyen simple et efficace de diagnostiquer avec précision la quantité d’ARN du SRAS-CoV-2 à partir d’échantillons de patients. Dans un article publié dans Matériaux de soins de santé avancés l’équipe rapporte une nouvelle méthode et un nouveau dispositif faciles à utiliser, qui fonctionnent sur le terrain et qui peuvent être construits avec des matériaux disponibles dans le commerce. La pandémie a peut-être donné un coup de pouce à cette recherche, mais sans leur approche collaborative basée sur l’ingéniosité et la résolution de problèmes, ils n’auraient pas été prêts à agir une fois que la pandémie a frappé.

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Détection des agents pathogènes, à l’ancienne

La technique de PCR quantitative (qPCR) est l’étalon-or du diagnostic des pathogènes. Ce processus amplifie une petite quantité de matériel génétique dans un échantillon et le marque simultanément avec une étiquette fluorescente afin qu’il puisse être détecté et quantifié par une machine connue sous le nom de fluorimètre. Les avantages de cette technique sont que même de petites quantités de matériel génétique pathogène peuvent être détectées et quantifiées. Les inconvénients sont le besoin d’un équipement volumineux et coûteux qui chauffe et refroidit l’échantillon à plusieurs reprises, un processus qui prend plusieurs heures. Il existe des méthodes d’amplification du matériel génétique qui ne nécessitent pas de changements de température ou d’équipements coûteux tels que l’amplification isotherme médiée par boucle (LAMP) disponible dans le commerce. LAMP est rapide et bon marché mais ne quantifie pas la quantité de matière première présente dans un échantillon. Ces informations sont extrêmement précieuses car même de petites différences peuvent déterminer le degré de maladie d’un patient et sa probabilité d’être contagieux.

Dans les kits LAMP disponibles dans le commerce, les utilisateurs testent le pH de l’échantillon une fois la réaction terminée pour déterminer si l’échantillon était positif. En effet, la réaction biochimique qui réplique l’ADN libère des protons, ce qui affecte le pH. Plus il y a de réplication, plus il y a de protons libérés et plus le pH de l’échantillon est bas. Un indicateur de pH standard comme le papier de tournesol ou le rouge de phénol qui change de couleur en fonction du pH peut alors montrer si l’ADN a été amplifié ou non. Efficace et rapide mais pas trop sensible car la différence de couleur entre les échantillons avec des différences légères et énormes dans la quantité d’ADN qu’ils contiennent est imperceptible à l’œil humain. Teresa Fernández-Abedul, chimiste analytique et l’une des auteurs du récent article, a expliqué le but de leur travail : “nous voulions faire cela quantitativement, avoir un nombre et pas seulement la couleur”.

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Potentiel de mesure

Pour obtenir ce nombre, elle et ses collègues ont tiré parti du changement de pH de la réaction LAMP et ont ajouté une petite électrode sur laquelle un cluster nanométrique de palladium est attaché. Le palladium est un catalyseur pour une réaction de réduction avec l’oxygène qui prend des électrons et produit de l’eau créant un potentiel électrique facilement mesurable à l’aide d’un voltmètre de taille USB. La clé de cette méthode est que le pH affecte le comportement de cette réaction, donc l’ajout d’une goutte de la réaction LAMP crée un changement détectable du potentiel électrique par rapport à la ligne de base sur l’électrode. Cette façon apparemment simple mais ingénieuse de quantifier avec précision le matériel génétique d’un échantillon de patient a nécessité de nombreuses heures pour normaliser les quantités et la forme appropriées de palladium ainsi qu’un étalonnage minutieux des changements de potentiel électrique et de courant pour des quantités précises du matériel génétique dans l’échantillon. .

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Ayant prouvé que la méthode détecte avec précision la quantité de matériel génétique dans l’échantillon, l’équipe travaille maintenant à la construction d’un appareil tout-en-un qui contient un petit réchauffeur pour exécuter la réaction LAMP, l’électrode infusée de palladium et un petit Volt-mètre. Tous ces matériaux sont faciles à acquérir et à assembler, de sorte que cet appareil portable, bon marché et facile à utiliser est idéal pour une utilisation dans les régions éloignées, dans les centres de test très fréquentés ou dans les hôpitaux. De plus, il peut être utilisé pour détecter tout agent pathogène que vous utiliseriez normalement pour détecter la PCR. En fait, l’équipe a développé à l’origine l’idée de détecter un Streptocoque bactérie. Lorsque la pandémie a frappé, ils ont rapidement changé les réactifs pour amplifier l’ARN du coronavirus et ont continué à travailler.

La capacité de l’équipe à répondre rapidement au nouveau défi posé par la pandémie est représentative d’un thème majeur de leur travail. Comme Fernández-Abedul l’a décrit, ils visent à “amener le laboratoire dans la rue”. Selon elle, cela nécessite de s’appuyer sur l’expertise des autres et d’avoir l’ingéniosité et l’adaptabilité nécessaires pour trouver des solutions en utilisant le matériel disponible.

Référence : Alejandro Rodriguez-Penedo, et al. Nanograppes électrocatalytiques de palladium comme indicateurs polyvalents de bioessais : détection électroanalytique rapide du SRAS-CoV-2 par amplification isotherme médiée par boucle de transcription inverse. Matériaux de santé avancés (2023). doi : 10.1002/adhm.202202972

Crédit image : Norbert Braun sur Unsplash

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