UFPR : Un biocapteur utilise des propriétés optiques pour les tests covid-19

La pandémie COVID-19[feminine a pris le monde par surprise, la maladie s’est propagée rapidement alors que les autorités et les scientifiques cherchaient des moyens de combattre le virus. Au Brésil, selon les chiffres officiels, la maladie a causé plus de 700 000 morts. Même si la situation a changé avec la vaccination, la période d’urgence a mobilisé les chercheurs pour développer de nouveaux outils de lutte contre le virus, parmi lesquels les méthodes de tests se sont révélées essentielles.

À UFPR deux groupes de scientifiques se sont réunis à la recherche d’un moyen de test plus efficace et moins coûteux, ce qui a abouti à la création d’un biocapteur optique capable d’identifier si une personne est infectée par le virus. Le dispositif a été développé en partenariat entre le Groupe de recherche sur les dispositifs nanostructurés (DiNE), du Département de physique, et le Centre de fixation de l’azote biologique (NFN), du Département de biochimie et biologie moléculaire, étant capable d’identifier de petites quantités d’anticorps montrant sensibilité élevée et risque réduit de faux négatifs.

Le dispositif expérimental ne détecte que l’anticorps, ce qui empêche son utilisation après une vaccination de masse, mais il est déjà en cours d’adaptation pour détecter directement le virus. Selon le professeur Emanuel Maltempi, l’un des chercheurs travaillant sur le brevet, le biocapteur aurait pu être un avantage pour des tests plus pratiques et plus rapides pour détecter le virus Covid-19 pendant la pandémie. « Ce serait une technique très bon marché qui pourrait même être utilisée dans un cabinet médical avec une goutte de sang prélevée sur votre doigt », dit-il.

Que sont les biocapteurs ?

Les biocapteurs peuvent être compris comme un système de trois éléments : un biorécepteur — qui peut être un antigène, un anticorps, une enzyme et un ADN/ARN, par exemple —, un transducteur qui convertit un signal biochimique en un signal mesurable et un traitement du signal. Lorsque le matériau d’analyse interagit avec le biorécepteur, un signal est généré, qui peut être représenté de différentes manières. L’un des exemples les plus célèbres est le capteur de glucose oxydase, développé en 1962 par les chercheurs Clark et Lyons, capable de détecter la présence de glucose dans le sang. Depuis lors, l’utilisation des biocapteurs s’est étendue, allant de la détection de petites molécules dans les explosifs, les pesticides et les herbicides, à la quantification de matériaux d’analyse médicale, tels que les petites protéines, les virus et les bactéries pathogènes.

Comprendre le fonctionnement du biocapteur

Le biocapteur est formé couche par couche et est basé sur le polymère semi-conducteur F8T2. Lorsque ce type de matériau est soumis à une source de lumière, il émet un motif lumineux connu des scientifiques, une caractéristique appelée photoluminescence. La deuxième couche est formée par un biorécepteur, en l’occurrence un antigène qui fait partie de la protéine qui forme la pointe, ou épine, que le virus responsable du Covid-19 utilise pour se lier à la cellule et y introduire son matériel génétique, appelé Domain.Receiver Binding Unit (RBD). Il reçoit également une couche d’un bloqueur de surface, appelé BSA, et enfin, comme dernière couche, il reçoit le matériel collecté auprès du patient pour réaliser le test.

Lorsqu’il est infecté, le corps humain produit un anticorps qui se lie au RBD du virus pour inactiver cette protéine et empêcher le virus de pénétrer dans nos cellules. C’est ce processus qui sera reproduit à la surface du biocapteur lorsque l’examen sera réalisé avec du matériel collecté auprès d’un patient atteint du Covid-19.

La chercheuse Maiara de Jesus Bassi, qui a participé au développement du dispositif, explique que lorsque cet anticorps se lie au RBD présent dans le capteur, il y a un changement détectable dans le motif lumineux émis par le polymère F8T2, indiquant que le patient a le anticorps et est donc infecté par le virus. Le rôle du BSA est de garantir que seul ce type de connexion se produit. Le chercheur explique que la détection s’effectue à l’aide d’un appareil de haute précision en laboratoire, mais que dans le cas de tests de masse, il s’agirait d’un équipement portable.

« Le spectre de photoluminescence du F8T2 est unique et très caractéristique. Lorsque nous plaçons toutes ces couches au-dessus du F8T2, le spectre change. Cela signifiait, après de nombreuses études, que ce changement était dû au lien RBD/Anti-RBD. Autrement dit, quand on détecte ce lien, cela veut dire qu’on est capable de détecter des sérums humains qui possédaient ou non des anticorps anti-Covid-19», résume le chercheur.

L’efficacité du biocapteur a été testée avec la collection de sérums humains du NFN et il a été possible d’identifier de manière fiable ceux qui contenaient ou non des anticorps contre le virus Covid-19. Pour Bassi, « cette technologie s’est imposée comme un principe de détection alternatif puissant et polyvalent, avec le potentiel de surmonter bon nombre des limites des méthodes traditionnelles, principalement en raison de la rapidité d’analyse et de la simplicité de fonctionnement ».

La possibilité de production en série est l’un des avantages du nouvel appareil

L’un des principaux avantages de l’innovation est la simplicité du processus de production, qui consiste essentiellement à déposer des couches de matériaux sur un substrat. Pour la production en série, ce processus peut avoir lieu à l’aide d’une imprimante, produisant rapidement un grand nombre de tests. De plus, le produit final pourrait être petit, utilisant peu de matières premières et générant peu de déchets.

La production de matières premières est également maîtrisée. La chercheuse Maritza Araújo Todo Bom, du NFN, explique que pour produire du RBD en grande quantité, on extrait la partie spécifique de l’ADN du virus qui produit cette protéine. Ce matériel est inséré dans un plasmide, une molécule d’ADN circulaire capable de se répliquer indépendamment au sein des micro-organismes.

Les chercheurs inoculent ensuite ces plasmides aux bactéries, qui commencent à se reproduire avec elles, générant une grande quantité de RBD. Ensuite, les bactéries sont détruites et le matériau est collecté pour être utilisé dans le biocapteur.

La technologie pourrait être adaptée pour détecter d’autres maladies

Les chercheurs expliquent que le succès du nouveau dispositif ouvre la voie à son adaptation pour détecter d’autres infections. Selon Roman, « le biocapteur a montré une sensibilité élevée, une bonne stabilité et un temps de réponse court, offrant une perspective sur son application pour la détection d’autres maladies infectieuses causées par un large éventail de virus ». D’autres projets similaires utilisant la même technologie sont en cours de développement et se concentrent, outre les maladies virales, sur les maladies bactériennes et d’autres types d’anticorps.

La recherche a également mis en évidence le potentiel de découvertes qui peut découler de l’interdisciplinarité entre les domaines de la physique et de la santé. « Cela nous a permis d’avoir une vision plus large de la science bien au-delà de notre spécialité. De plus, ce travail a atteint son excellence grâce à l’engagement des deux parties à comprendre l’autre et à développer ensemble quelque chose d’innovant », souligne Bassi. (Avec des informations de l’Agência Ciência UFPR. Photo : Marcos Solivan)