Une équipe internationale de chercheurs a développé un appareil portatif non invasif able de détecter les biomarqueurs des maladies d’Alzheimer et de Parkinson. Le biocapteur peut également transmettre les résultats sans fil à un ordinateur portable ou un smartphone.
L’équipe a testé le dispositif sur des échantillons in vitro provenant de people et a montré qu’il était aussi précis que l’état de l’art. À terme, les chercheurs prévoient de tester des échantillons de salive et d’urine avec le biocapteur. L’appareil pourrait également être modifié pour détecter des biomarqueurs pour d’autres ailments.
Les chercheurs présentent leurs découvertes dans le numéro du 13 novembre 2023 des Actes de l’Académie nationale des sciences.
Le dispositif repose sur une détection électrique plutôt que chimique, qui, selon les chercheurs, est additionally facile à mettre en œuvre et moreover précise.
« Ce système de diagnostic transportable permettrait de tester à domicile et sur le lieu de soins, comme dans les cliniques et les maisons de retraite, les maladies neurodégénératives à l’échelle mondiale », a déclaré Ratnesh Lal, professeur de bio-ingénierie, de génie mécanique et de science des matériaux à l’école Jacobs de l’UC San Diego. Engineering et l’un des auteurs correspondants de l’article.
D’ici 2060, approximativement 14 hundreds of thousands d’Américains souffriront de la maladie d’Alzheimer. D’autres maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson, sont également en augmentation. Les méthodes de examination de pointe actuelles pour la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson nécessitent une ponction lombaire et des assessments d’imagerie, y compris une IRM. En conséquence, la détection précoce de la maladie est difficile, vehicle les individuals rechignent aux procédures invasives. Les checks sont également difficiles pour les patients qui présentent déjà des symptômes et ont des difficultés à se déplacer ainsi que pour ceux qui n’ont pas accès rapidement aux hôpitaux ou aux établissements médicaux locaux.
L’une des hypothèses dominantes dans le domaine, sur laquelle Lal s’est concentré, est que la maladie d’Alzheimer est causée par des peptides amyloïdes solubles qui se rassemblent en molécules furthermore grosses, qui à leur tour forment des canaux ioniques dans le cerveau.
Lal voulait développer un take a look at capable de détecter les peptides amyloïdes bêta et tau – biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer – et les protéines alpha synucléine – biomarqueur de la maladie de Parkinson – de manière non invasive, spécifiquement à partir de la salive et de l’urine. Il souhaitait s’appuyer sur la détection électrique plutôt que chimique, vehicle il pense qu’elle est additionally facile à mettre en œuvre et in addition précise. Il souhaitait également construire un appareil able de transmettre sans fil les résultats des exams à la famille et aux médecins du client. L’appareil est le résultat de ses trois décennies d’expertise, ainsi que de sa collaboration avec des chercheurs du monde entier, y compris les co-auteurs de ces travaux du Texas et de Chine.
« J’essaie d’améliorer la qualité de vie et de sauver des vies », a-t-il déclaré.
Pour réaliser la eyesight de Lal, lui et ses collègues ont adapté un dispositif qu’ils ont développé pendant la pandémie de COVID pour détecter les protéines de pointe et les nucléoprotéines du virus vivant SARS-CoV-2, qu’ils ont décrit dans PNAS en 2022. Cette percée a été rendue probable grâce à la puce. miniaturisation et par l’automatisation à grande échelle de la fabrication des biocapteurs.
Comment l’appareil est fabriqué et remark il fonctionne
Le dispositif décrit dans l’étude PNAS 2023 est constitué d’une puce dotée d’un transistor haute sensibilité, communément appelé transistor à effet de champ (FET). Dans ce cas, chaque transistor est constitué d’une couche de graphène d’une épaisseur d’un seul atome (GFET, avec le G signifiant graphène) et de trois électrodes-resource et drain, connectées aux pôles positif et négatif d’une batterie, pour circuler courant électrique et une électrode de grille pour contrôler la quantité de courant.
Connecté à l’électrode de grille se trouve un seul brin d’ADN, qui sert de sonde qui se lie spécifiquement aux protéines amyloïdes bêta, tau ou synucléine. La liaison de ces amyloïdes avec leur sonde de brin d’ADN spécifique, appelée aptamère, modifie la quantité de courant circulant entre l’électrode supply et l’électrode drain. Le changement de ce courant ou de cette stress est le signal utilisé pour détecter les biomarqueurs spécifiques, comme les amyloïdes ou les protéines COVID 19.
L’équipe de recherche a testé le dispositif avec des protéines amyloïdes dérivées du cerveau de patients décédés atteints de la maladie d’Alzheimer et de Parkinson. Les expériences ont montré que les biocapteurs étaient capables de détecter les biomarqueurs spécifiques pour les deux problems avec une grande précision, à égalité avec les méthodes de pointe existantes. L’appareil fonctionne également à des concentrations extrêmement faibles, ce qui signifie qu’il nécessite de petites quantités d’échantillons, jusqu’à quelques microlitres seulement.
De as well as, les exams ont montré que l’appareil fonctionnait bien même lorsque les échantillons analysés contenaient d’autres protéines. Les protéines Tau étaient in addition difficiles à détecter. Mais comme l’appareil analyze trois biomarqueurs différents, il peut combiner les résultats des trois pour arriver à un résultat world-wide fiable.
La technologie a été concédée sous licence par l’UC San Diego à une startup de biotechnologie, Ampera Lifestyle. Lal est le président de la société mais ne reçoit aucun soutien financier de la société pour ses recherches.
Les prochaines étapes comprennent le take a look at du plasma sanguin et du liquide céphalo-rachidien avec l’appareil, puis enfin des échantillons de salive et d’urine. Les exams auraient lieu en milieu hospitalier et dans des maisons de retraite. Si ces assessments se déroulent bien, Ampera Lifetime prévoit de demander l’approbation de la Food and drug administration pour l’appareil, espérons-le dans les cinq ou six prochains mois. L’objectif ultime est de commercialiser l’appareil d’ici un an.
Le financement de la recherche provenait des Countrywide Institutes of Well being, de l’Université de Californie à San Diego et de l’Académie chinoise des sciences. En outre, les chercheurs ont utilisé des installations faisant partie du centre de recherche et d’ingénierie sur les matériaux de l’UC San Diego, financé par la NSF.
À la recherche d’un diagnostic de maladie dégénérative du cerveau : biomarqueurs de démence détectés par un biocapteur de graphène portable attaché à un aptamère d’ADN
Université de Californie à San Diego : Tyler A. Bodily, Anirudh Ramanathan, Abhijith Karkisaval, Armando Rami, Prachi Heda. M. Leite, Institut Ratnesh Lal de technologie de l’information sur les microsystèmes de Shanghai Shahong Wei, Yi WAng, Tie Li, Jianlong Zhao
Université de l’Académie chinoise des sciences Shahong Wei
Branche médicale de l’Université du Texas, Galveston, Texas Nemil Bhatt, Cynthia Jerez, Md Anzarul Haque Université de l’Illinois Urbana-Champaign Sanjeev Kumar
