Chloé Leroy
Les molécules de notre corps sont en interaction constante. Certaines de ces molécules fournissent une empreinte biochimique qui pourrait indiquer remark une plaie guérit, si un traitement contre le most cancers fonctionne ou non ou si un virus a envahi le corps. Si nous pouvions détecter ces signaux en temps réel avec une sensibilité élevée, nous pourrions alors reconnaître moreover rapidement les problèmes de santé et même surveiller la maladie au fur et à mesure qu’elle progresse.
Aujourd’hui, des chercheurs de la Northwestern University ont mis au place une nouvelle technologie qui facilite l’écoute des conversations internes de notre corps.
Alors que les signaux chimiques du corps sont incroyablement faibles, ce qui les rend difficiles à détecter et à analyser, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode qui augmente les signaux de plus de 1 000 fois. Les transistors, la pierre angulaire de l’électronique, peuvent amplifier les signaux faibles pour fournir une sortie amplifiée. La nouvelle approche rend les signaux as well as faciles à détecter sans électronique complexe et encombrante.
En permettant l’amplification de signaux biochimiques faibles, la nouvelle approche rapproche la médecine moderne des diagnostics et de la surveillance des maladies en temps réel et sur internet site.
La recherche a été publiée samedi 24 mars dans la revue Nature Communications.
“Si nous pouvions mesurer de manière fiable les signaux biochimiques dans le corps, nous pourrions incorporer ces capteurs dans des technologies portables ou des implants qui ont un faible encombrement, moins de demand et ne nécessitent pas d’électronique coûteuse”, a déclaré Jonathan Rivnay de Northwestern, auteur principal de l’étude. “Mais extraire des signaux de haute qualité reste un défi. Avec une puissance et un espace limités à l’intérieur du corps, vous devez trouver des moyens d’amplifier ces signaux.”
Rivnay est professeur de génie biomédical à la McCormick College of Engineering de Northwestern. Xudong Ji, chercheur put up-doctorant au laboratoire de Rivnay, est le leading auteur de l’article.
Alors qu’ils communiquent des informations vitales riches en potentiel pour guider les diagnostics et les traitements, de nombreux capteurs chimiques produisent des signaux faibles. En fait, les professionnels de la santé ne peuvent souvent pas déchiffrer ces signaux sans prélever un échantillon (sang, sueur, salive) et le faire passer dans un équipement de laboratoire de haute technologie. Habituellement, cet équipement est coûteux et peut-être même situé hors web site. Et les résultats peuvent prendre un temps atrocement extensive à revenir.
L’équipe de Rivnay, cependant, vise à détecter et à amplifier ces signaux cachés sans jamais quitter le corps.
D’autres chercheurs ont exploré des capteurs électrochimiques pour la biodétection à l’aide d’aptamères, qui sont des brins simples d’ADN conçus pour se lier à des cibles spécifiques. Après avoir réussi à se lier à une cible d’intérêt, les aptamères agissent comme un interrupteur électronique, se repliant dans une nouvelle construction qui déclenche un signal électrochimique. Mais avec les seuls aptamères, les signaux sont souvent faibles et très sensibles au bruit et à la distorsion s’ils ne sont pas testés dans des conditions idéales et bien contrôlées.
Pour contourner ce problème, l’équipe de Rivnay a équipé un composant d’amplification sur un capteur à base d’électrodes traditionnel et a développé un capteur à base de transistor électrochimique avec une nouvelle architecture able de détecter et d’amplifier le signal biochimique faible. Dans ce nouveau dispositif, l’électrode est utilisée pour détecter un sign, mais le transistor à proximité est dédié à l’amplification du sign. Les chercheurs ont également incorporé une électrode de référence à couche mince intégrée pour rendre les signaux amplifiés plus stables et fiables.
“Nous combinons la puissance du transistor pour l’amplification locale avec le référencement que vous obtenez à partir de méthodes électrochimiques bien établies”, a déclaré Ji. “C’est le meilleur des deux mondes car nous sommes capables de mesurer de manière stable la liaison de l’aptamère et de l’amplifier sur website.”
Pour valider la nouvelle technologie, l’équipe de Rivnay s’est tournée vers une cytokine commune, un type de protéine de signalisation, qui régule la réponse immunitaire et est impliquée dans la réparation et la régénération des tissus. En mesurant la concentration de certaines cytokines près d’une plaie, les chercheurs peuvent évaluer la rapidité avec laquelle une plaie guérit, s’il y a une nouvelle an infection ou si d’autres interventions médicales sont nécessaires ou non.
Dans une série d’expériences, Rivnay et son équipe ont pu amplifier le signal des cytokines de trois à quatre ordres de grandeur par rapport aux méthodes traditionnelles de détection d’aptamère à foundation d’électrodes. Bien que la technologie ait bien fonctionné dans les expériences pour détecter la signalisation des cytokines, Rivnay dit qu’elle devrait être able d’amplifier les signaux de n’importe quelle molécule ou produit chimique, y compris les anticorps, les hormones ou les médicaments, où le schéma de détection utilise des rapporteurs électrochimiques.
“Cette approche est largement relevant et n’a pas de cas d’utilisation spécifique”, a déclaré Rivnay. “La grande eyesight est de mettre en œuvre notre strategy dans des biocapteurs implantables ou des dispositifs portables qui peuvent à la fois détecter un problème et y répondre.”
L’étude, “Transistors électrochimiques organiques comme amplificateur de sign sur site pour la détection électrochimique à base d’aptamère”, a été soutenue par la Defense Superior Exploration Jobs Agency (numéro de subvention D20AC00002).
