Le vieillissement de la population fait des maladies neurodégénératives un défi de santé publique croissant. Malgré cela, l'accès au diagnostic et au traitement pour des maladies telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson reste difficile et inégal. Selon le Rapport national sur la démence, préparé par le ministère de la Santé, les coûts élevés des examens et le manque de centres spécialisés dans les différentes régions du pays rendent difficile l'identification précoce et le suivi adéquat des patients.
C’est à la lumière de cette lacune que les recherches menées à l’Institut de chimie de São Carlos (IQSC) de l’USP présentent une avancée importante. L'étude, publiée dans une revue internationale, décrit le développement d'un capteur électrochimique et d'un biocapteur imprimés en 3D capables de détecter des biomarqueurs associés à la maladie d'Alzheimer et de Parkinson.
« Les résultats montrent qu'il est possible d'utiliser l'impression 3D avec l'électrochimie pour créer des dispositifs d'analyse clinique efficaces et accessibles », explique le professeur Laís Canniatti Brazaca de l'IQSC, l'un des auteurs des travaux.
Le travail est le résultat d'une collaboration entre trois institutions brésiliennes : l'Université fédérale de Rio de Janeiro (UFRJ), l'Université fédérale rurale de Rio de Janeiro (UFRRJ) et l'Université de São Paulo (USP). La recherche a commencé lorsque le doctorant Guilherme Sales da Rocha, de l'UFRJ, a participé à une période de mobilité académique à l'IQSC, entre avril et juillet 2025.
«C'était une opportunité qui nous a permis d'accélérer les travaux que je développais déjà à l'UFRJ, en profitant de l'expertise du professeur Laís dans la détection des maladies neurodégénératives», explique le doctorant.
Double détection
Le capteur développé fonctionne pour détecter simultanément deux biomarqueurs associés aux maladies neurodégénératives : la dopamine, liée à la maladie de Parkinson, et la clusterine, liée à la maladie d'Alzheimer. « La dopamine, comme elle est électrochimiquement active, peut être détectée directement sur l'électrode imprimée, sans aucune modification supplémentaire. En pratique, il suffit d'imprimer l'électrode en 3D pour effectuer la lecture. La clusterine, en revanche, n'est pas électrochimiquement active. Pour la détecter, il a fallu inclure des anticorps spécifiques capables de capturer la protéine à la surface de l'électrode, transformant le système en immunocapteur », explique Laís.
De cette manière, le dispositif peut fonctionner comme capteur électrochimique direct (dopamine) ou comme immunocapteur (clusterine), élargissant ainsi le potentiel de la plateforme et mettant en valeur la polyvalence de l’électrode développée. Dans les deux cas, le dispositif repose sur l’application de la voltammétrie cyclique, une technique électrochimique simple, peu coûteuse et largement utilisée en laboratoire.
Bien qu'il existe des filaments conducteurs commerciaux, l'équipe a décidé de créer son propre matériau pour pouvoir contrôler précisément ses propriétés, en l'adaptant à la production du capteur souhaité. Le filament développé est peu coûteux et composé de trois composants principaux : un biopolymère, du graphite et de l'huile de ricin. Chaque composant a une fonction spécifique : le PLA apporte forme et structure, le graphite permet la conductivité électrique et l'huile évite la fragilisation du matériau.
« La grande difficulté était d'équilibrer conductivité électrique et imprimabilité. Avec la seule charge de graphite dans le PLA, le filament devenait très cassant, nous avons donc utilisé de l'huile de ricin pour agir comme plastifiant », décrit Guilherme.
En plus des travaux expérimentaux, le groupe a également utilisé des outils informatiques pour optimiser la composition du filament. Une partie des données collectées lors des tests a été analysée à l'aide de techniques d'apprentissage automatique, un domaine de l'intelligence artificielle (IA) utilisé pour identifier des modèles et proposer des combinaisons plus efficaces. « Cela nous a aidé à orienter le choix de la composition idéale du filament, en équilibrant conductivité et imprimabilité », explique le doctorant.
Après avoir trouvé la composition idéale, le mélange a été transformé en un filament similaire à celui utilisé dans les imprimantes 3D domestiques. Ce filament a subi des tests pour vérifier sa conductivité électrique et son aptitude aux études électrochimiques. Cette étape validée, les chercheurs ont pu imprimer les électrodes et évaluer si elles répondaient correctement lorsqu'elles entraient en contact avec les molécules étudiées.
L'étape suivante concernait la partie biologique du dispositif. Pour la dopamine, il suffisait d’utiliser l’électrode imprimée, car elle est naturellement détectable par les techniques électrochimiques. Avec la clusterine, le processus était différent, nécessitant de modifier la surface de l’électrode avec des anticorps spécifiques reconnaissant cette protéine. Cette technique transforme l'électrode en un immunocapteur sélectif.
Une étape cruciale consistait à démontrer que le capteur fonctionne non seulement dans des solutions pures de laboratoire, mais également dans des matrices plus proches de la réalité clinique. Dans l’étude, la détection de la clusterine a été réalisée avec succès dans des échantillons commerciaux de sérum humain, ce qui indique que le dispositif est suffisamment mature pour passer aux tests précliniques. En outre, le capteur électrochimique était également très sélectif dans la détection de la dopamine, même dans les échantillons contenant de l'acide ascorbique et de l'acide urique, les principales espèces électroactives qui coexistent avec la dopamine dans les fluides biologiques et qui sont normalement présentes à des concentrations plus élevées.
Pour le professeur Helen Conceição Ferraz, de l'UFRJ, le projet illustre la somme d'expertise sur un sujet à fort impact. « Nous travaillons depuis des années sur les phénomènes d'interface, la caractérisation et la détection du cancer. La combinaison de ces connaissances avec le développement de matériaux conducteurs et l'impression 3D a été extrêmement positive pour accélérer les progrès dans ce domaine. »
Avantages de l'appareil
Outre l’innovation matérielle, les chercheurs mettent en avant les avantages environnementaux et économiques de l’impression 3D. La technique vous permet de personnaliser la forme du capteur, de réduire les déchets, de contrôler les zones de contact actives et d'utiliser des entrées largement disponibles, telles que le graphite. Selon le professeur João Víctor Nicolini, de l'UFRRJ, le développement national de ces filaments a pris de l'importance. « Les chercheurs brésiliens sont des pionniers dans l'utilisation de filaments conducteurs pour les capteurs imprimés en 3D, et nos travaux s'ajoutent à cette production croissante », déclare-t-il.
Pour l’avenir, l’équipe prévoit d’adapter le capteur aux formats portables, dans le but de créer un appareil au point d’intervention, similaire aux glucomètres utilisés par les personnes atteintes de diabète.
Les doctorantes de l'IQSC, Iana Vitória de Souza Oliveira et Beatriz Bertin, ont également signé l'article.
« Aujourd'hui, dans les directives cliniques, le diagnostic de ces maladies dépend essentiellement de l'évaluation neurologique et des tests d'imagerie, qui sont très coûteux. Un capteur portable, bon marché et sensible peut élargir l'accès aux patients qui vivent en dehors des grands centres », souligne Beatriz.
