Des scientifiques du prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont réalisé une avancée significative dans le développement d'outils de diagnostic qui pourraient révolutionner l'accès aux soins de santé dans le monde entier. Il s'agit de capteurs électrochimiques peu coûteux, à usage unique, recouverts d'ADN, qui promettent une détection rapide et abordable d'un large éventail de maladies, du cancer aux maladies infectieuses comme la grippe et le VIH. Cette innovation ouvre la voie à des diagnostics qui peuvent être effectués directement dans le cabinet d'un médecin ou même dans le confort de son propre foyer, éliminant ainsi le besoin d'équipements de laboratoire coûteux et complexes.

Approche innovante du diagnostic : capteurs à ADN et technologie CRISPR

Le cœur de cette technologie révolutionnaire réside dans l'utilisation d'une électrode bon marché recouverte de brins d'ADN spécifiques. Ces capteurs électrochimiques utilisent une enzyme de coupure de l'ADN, qui fait partie intégrante du système d'édition de gènes CRISPR. Lorsque le capteur détecte une molécule cible, telle qu'un gène associé au cancer ou une séquence virale, l'enzyme Cas12 est activée. Cette enzyme, connue pour sa capacité à couper l'ADN de manière non spécifique, commence à « tondre » les brins d'ADN de la surface de l'électrode, à la manière d'une tondeuse à gazon. Ce changement dans la structure de l'ADN sur l'électrode entraîne une modification mesurable du signal électrique, ce qui est un indicateur clair de la présence de la molécule cible.

La professeure Ariel Furst, professeure adjointe de génie chimique au MIT et auteure principale de l'étude, souligne que son équipe se concentre sur des diagnostics dont l'accès est actuellement limité pour de nombreuses personnes. « Notre objectif est de créer un capteur pour une utilisation sur le lieu de soins. Les gens ne devraient pas avoir à l'utiliser uniquement dans une clinique. Ils pourraient aussi l'utiliser à la maison », explique Furst. Cette vision d'un diagnostic décentralisé est essentielle pour améliorer la santé mondiale, en particulier dans les régions aux ressources limitées où les laboratoires traditionnels sont rares ou inaccessibles.

Surmonter les défis : stabilité de l'ADN et revêtement polymère

L'une des principales limitations des technologies de capteurs à base d'ADN précédentes était l'instabilité du revêtement d'ADN sur l'électrode. L'ADN se dégrade rapidement, ce qui réduisait considérablement la durée de conservation du capteur et nécessitait des conditions de stockage strictement contrôlées, telles que la réfrigération. Cela limitait fortement leur application, en particulier dans les régions éloignées ou les climats plus chauds.

Dans une étude récente, publiée à la fin du mois de juin de cette année dans la revue ACS Sensors, des chercheurs du MIT ont trouvé une solution élégante à ce problème. Ils ont stabilisé l'ADN avec un revêtement d'un polymère appelé alcool polyvinylique (PVA). Ce polymère, dont le coût est inférieur à un centime par revêtement, agit comme une bâche de protection qui protège l'ADN en dessous. Après avoir été appliqué sur l'électrode, le polymère sèche et forme un mince film protecteur.

La professeure Furst explique le mécanisme de protection : « Une fois séché, il semble créer une barrière très solide contre les principales choses qui peuvent nuire à l'ADN, telles que les espèces réactives de l'oxygène qui peuvent endommager l'ADN lui-même ou rompre la liaison thiol à l'or et retirer l'ADN de l'électrode. » Grâce à ce revêtement innovant, les capteurs peuvent désormais être stockés jusqu'à deux mois, même à des températures élevées allant jusqu'à environ 65 degrés Celsius (150 degrés Fahrenheit). Après stockage, les capteurs ont détecté avec succès le gène PCA3, un marqueur du cancer de la prostate souvent utilisé dans le diagnostic de cette maladie.

Accessibilité et large application

Le coût de fabrication de ces capteurs à base d'ADN n'est que d'environ 50 centimes, ce qui les rend extrêmement abordables. Ce faible coût, combiné à une durée de conservation prolongée et à une résistance aux conditions environnementales, ouvre la voie à une application de masse dans les régions aux ressources limitées, où les méthodes de diagnostic traditionnelles sont souvent trop coûteuses ou logistiquement irréalisables. Imaginez la possibilité d'un dépistage rapide du VIH ou du VPH dans les zones rurales d'Afrique ou d'Asie, sans avoir besoin d'une infrastructure complexe ou d'une chaîne du froid.

Les capteurs électrochimiques fonctionnent en mesurant les changements dans le flux de courant électrique lorsqu'une molécule cible interagit avec une enzyme. C'est la même technologie utilisée par les glucomètres pour détecter la concentration de glucose dans un échantillon de sang, ce qui indique leur fiabilité et leur facilité d'utilisation. Les capteurs développés dans le laboratoire de la professeure Furst sont constitués d'ADN fixé à une électrode en feuille d'or bon marché, qui est laminée sur une plaque de plastique. L'ADN est fixé à l'électrode à l'aide d'une molécule contenant du soufre, connue sous le nom de thiol.

Dans une étude de 2021, le laboratoire de la professeure Furst a montré que ces capteurs pouvaient être utilisés pour détecter le matériel génétique du VIH et du virus du papillome humain (VPH). Les capteurs détectent leurs cibles à l'aide d'un brin d'ARN guide, qui peut être conçu pour se lier à presque n'importe quelle séquence d'ADN ou d'ARN. L'ARN guide est associé à l'enzyme Cas12, qui clive l'ADN de manière non spécifique lorsqu'elle est activée et appartient à la même famille de protéines que l'enzyme Cas9 utilisée pour l'édition du génome CRISPR.

Si la cible est présente, elle se lie à l'ARN guide et active Cas12, qui coupe ensuite l'ADN fixé à l'électrode. Cela modifie le courant produit par l'électrode, qui peut être mesuré à l'aide d'un potentiostat (la même technologie que celle utilisée dans les glucomètres portables). « Si Cas12 est activé, c'est comme une tondeuse à gazon qui coupe tout l'ADN de votre électrode, et cela coupe votre signal », explique Furst.

Applications potentielles et prochaines étapes

Ce type de test pourrait être utilisé avec différents types d'échantillons, notamment l'urine, la salive ou les écouvillons nasaux, ce qui élargit encore son applicabilité. Les chercheurs espèrent utiliser cette approche pour développer des tests de diagnostic moins chers pour les maladies infectieuses, telles que le VPH ou le VIH, qui pourraient être utilisés dans le cabinet d'un médecin ou à domicile. De plus, cette méthode pourrait également être appliquée au développement de tests pour les maladies infectieuses émergentes, ce qui est d'une importance capitale dans le contexte des pandémies mondiales.

L'équipe de chercheurs du laboratoire de la professeure Furst a récemment été acceptée dans delta v, un accélérateur d'entreprises étudiantes au MIT, où ils espèrent lancer une startup pour développer davantage cette technologie. Maintenant qu'ils peuvent créer des tests avec une durée de conservation beaucoup plus longue, ils prévoient de commencer à les envoyer à des endroits où ils pourront être testés avec des échantillons de patients dans des conditions réelles.

« Notre objectif est de continuer à tester avec des échantillons de patients contre différentes maladies dans des environnements réels », déclare Furst. « Notre limitation auparavant était que nous devions fabriquer les capteurs sur place, mais maintenant que nous pouvons les protéger, nous pouvons les expédier. Nous n'avons pas besoin d'utiliser la réfrigération. Cela nous permet d'accéder à des environnements de test beaucoup plus robustes ou non idéaux. »

Cette recherche, financée en partie par le Comité de soutien à la recherche du MIT et la bourse MathWorks, représente une avancée significative dans la démocratisation du diagnostic. La capacité de créer des outils de diagnostic bon marché, stables et facilement transportables a le potentiel de transformer la santé publique, en permettant une détection plus rapide des maladies, un suivi plus efficace des épidémies et un meilleur accès aux soins de santé pour des millions de personnes dans le monde.

Source : Massachusetts Institute of Technology