Preuve de concept d'une biopuce

Publié par Redbran le 17/08/2022 à 13:00
Source: CEA IRAMIS
Le développement de techniques de diagnostic précoce, rapides, sensibles, transportables au chevet du patient et peu coûteuses est un défi dans le domaine de la santé, mais aussi de la défense et de l'environnement. L'Organisation Mondiale de la Santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) (OMS) a défini les critères ASSURED (Affordable, Sensitive (Le Mimosa pudica ou sensitive est une plante rampante de 10 à 40 cm de haut (pouvant atteindre...), Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable to end-users) que les tests de diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) terrain doivent remplir, ce qui prouve le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) réel en termes de santé publique (La santé publique peut être définie de diverses manières. On peut en effet la...). La pandémie (Une pandémie (du grec ancien πᾶν / pãn (tous) et...) mondiale actuelle a également démontré la nécessité de tels tests.

Les capteurs à magnétorésistance géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...) (GMR) [1] qui se sont développés dans une grande variété d'applications spintroniques (industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...), informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...) etc.), présentent également un réel potentiel dans le domaine de la santé, notamment pour le développement de dispositifs de diagnostic précoce sur les lieux de soins. Le principe de détection de cette technique repose sur l'utilisation de particules magnétiques fonctionnalisées par des anticorps monoclonaux, produits au Laboratoire d'Etudes et de Recherches en Immunoanalyse (CEA-Saclay/LERI), dirigés contre la cible d'intérêt (figure 1A). La détection dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) de celle-ci, après interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec les particules magnétiques, est réalisée à l'aide des capteurs GMR, développés au Laboratoire Nano-magnétisme et Oxydes (CEA-Saclay/LNO), qui permettent de compter un par un les objets biologiques magnétiquement ciblés. De plus, les mesures peuvent être effectuées avec des matrices complexes, même opaques, et des cibles biologiques de nature éventuellement différentes (cellules, bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) etc.) peuvent être détectées sans aucune étape de lavage préalable et même à faible concentration.

Figure 1
A: Marquage des cellules avec des Dynabeads MyOne magnétiques de 1 μm. Étape 1: Couplage des Dynabeads MyOne Streptavidin T1 avec des anticorps biotinylés Étape 2: Saturation et stockage des billes fonctionnalisées dans du PBS 0,1% BSA. Etape 3: Marquage magnétique des cellules avec les billes fonctionnalisées.
B: Protocole expérimental réalisé avec un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) négatif (à gauche) composé de billes marquées à l'anticorps anti-CD138 seules et un test spécifique (à droite) avec des billes magnétiques fonctionnalisées avec des anticorps anti-CD138 en présence de cellules cibles NS1.

Afin de marquer correctement les objets biologiques, il est nécessaire d'introduire des billes magnétiques en excès. Dans le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...), on trouve donc trois types d'objets magnétiques, les cibles biologiques marquées, les billes individuelles surnuméraires et d'éventuels agrégats de billes. La plupart des objets biologiques ont un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) magnétique bien plus grand que celui des billes ou des agrégats. Cependant, comme le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) dipolaire émis par un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) magnétique et détecté par le capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) GMR s'écrit.

µ est le moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.) de l'objet et z sa hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de passage dans le canal microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont...). On constate que dans le cas d'une biopuce ne possédant qu'une seule série de capteurs sous le canal microfluidique (dispositif standard) [2] un agrégat ou une bille qui passe dans le bas du canal, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) près du capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) GMR, peut donner un signal équivalent à celui d'un objet biologique magnétiquement marqué par plusieurs billes mais passant plus haut, loin du capteur. Ceci engendre un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de faux positifs parmi les signaux détectés. Ainsi pour résoudre ce problème, nous avons développé et brevetée [3] une nouvelle biopuce (appelée capteurs 2 étages) avec des capteurs GMR disposés face à face de part et d'autre du canal microfluidique qui permet la détection simultanée des objets magnétiques (figure 1a). Les signaux émis par un même objet magnétique lors de son passage dans le canal sur un capteur haut et un capteur bas parfaitement alignés, forment ce que nous avons appelé "une coïncidence. D'après l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) 1, on voit qu'en calculant le rapport des amplitudes des signaux constituant cette coïncidence, il est possible de déterminer la hauteur z de passage de l'objet puis son moment magnétique (proportionnel au nombre de billes magnétiques contenues par l'objet).

Afin de réaliser la validation de cette technique, un modèle biologique simple, non pathogène (Le terme pathogène (du grec παθογ?νεια !...) et facilement manipulable a été choisi: des cellules eucaryotes de myélome murin, NS1 qui font un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) d'environ 7µm. Les études préliminaires ont montré qu'on pouvait les marquer magnétiquement avec une cinquantaine de billes commerciales d'1µm fonctionnalisées par des anticorps (anti-CD138) spécifiquement dirigés contre un récepteur (CD138) présent à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de cellules NS1. Nous avons préparé et analysé deux échantillons: un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) spécifique contenant 7 × 103 cellules NS1/ mL en présence de 1,5 × 107 par mL de billes magnétiques, en m fonctionnalisées avec l'anticorps spécifique anti-CD138 et un contrôle négatif ne contenant que les billes, en même quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) et fonctionnalisées avec le même anticorps spécifique anti-CD138 (figure 1B)


Figure 2
A: Principe de fonctionnement de la "biopuce deux étages"
B: Schéma du dispositif expérimental.

Pour la première fois, grâce à cette technique innovante de double détection GMR, il est possible de déterminer la hauteur de passage (figure 3A) dans le canal microfluidique et le moment magnétique des objets détectés (figure 3B), donc de différencier les signaux spécifiques issus des objets biologiques labélisées des faux-positifs provenant d'agrégats de billes [4]. Une étude complète, en cours d'écriture, sur ce modèle biologique cellulaire a montré qu'on peut ainsi gagner presque un facteur 100 sur la sensibilité. Cette nouvelle biopuce, qui permet ainsi l'identification des cibles biologiques à faible concentration, possède donc un grand potentiel pour du diagnostic précoce. Le dispositif actuel est en outre peu encombrant et donc transportable. Une nouvelle étude sur des bactéries, labélisées par des nanoparticules magnétiques ayant une grande stabilité colloïdale, spécialement conçues par le LITEN pour ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...), est en cours.


Figure 3
A: Comparaison du nombre de coïncidences en fonction de leur hauteur d'écoulement dans le canal microfluidique pour l'échantillon spécifique contenant des billes Dynabeads MyOne fonctionnalisées avec l'anticorps anti-CD138 en présence de 7.103 cellules NS1/mL (rouge) et l'échantillon négatif contenant uniquement des billes Dynabeads MyOne fonctionnalisées avec l'anticorps anti-CD138 (bleu).
B: Comparaison du nombre de billes par coïncidence pour l'échantillon spécifique contenant des billes Dynabeads MyOne fonctionnalisées avec l'anticorps anti-CD138 en présence de 7.103 cellules NS1/mL (rouge) et l'échantillon négatif contenant uniquement des billes Dynabeads MyOne fonctionnalisées avec l'anticorps anti-CD138 (bleu).

Bibliographie:

[1] Femtotesla magnetic field measurement with magnetoresistive sensors,Pannetier M., Fermon Claude, Le GoffG., Simola J et al, Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...), Vol 304, (2004), p 1648-p 1650.

[2] Evaluation of In-Flow Magnetoresistive Chip Cell-Counter as a Diagnostic Tool, M. Giraud, F. D. Delapierre, A. Wijkhuisen, P. Bonville, M. Thevenin, G. Cannies, M. Plaisance, E. Paul, E. Ezan, S. Simon, C. Fermon, C.Feraudet-Tarisse and G,. JasminLebras, Biosensors, 2019, 9, 105 http://dx.doi.org/10.3390/bios903010

[3]Brevet Français n° 1855217 (étendu par voie internationale) C. Fermon, M. Giraud, F.D. Delapierre, G. Jasmin (Le mot jasmin désigne les plantes dicotylédones appartenant au genre Jasminum.). 'Dispositif et procédé de détection magnétique d'objets biologiques microscopiques'

[4] Proof of concept of a two-stage GMR sensor based lab-on-a-chip for early diagnostic tests Maïkane Deroo Manon Giraud, François-Damien Delapierre,a Pierre Bonville,a Mathieu Jeckelmann,a Aurélie Solignac, Elodie Fabre-Paul, Mathieu Thévenin, Frédéric Coneggo, Claude Fermon, Florent Malloggi, Stéphanie Simon, Cécile Féraudet-Tarisse and Guénaëlle Jasmin-Lebras, Lab on a Chip (2022) doi: 10.1039/d2lc00353h (online a head of print) https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2022/lc/d2lc00353h
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.103 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique