La plateforme de biodétection de nanoparticules imprimée en 3D détecte les anticorps anti-SARS-CoV-2 en quelques secondes

Les pandémies causées par de nouveaux agents infectieux tels que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), le virus Zika ou le virus Ebola ont un impact sérieux sur la santé et la vie humaine tout en submergeant les systèmes de santé du monde entier. La détection et le diagnostic précoces permettent l'isolement des patients infectés et la recherche des contacts, ce qui peut atténuer la propagation du virus et sauver des vies, en particulier lorsqu'un nombre important de patients sont asymptomatiques.

Méthodes actuelles utilisées pour la détection du SARS-CoV-2

Développer des méthodes de test rapides et peu coûteuses pour la détection précoce de l'infection a toujours été un défi face à la pandémie actuelle de COVID-19. Actuellement, deux approches sont utilisées pour la détection de l'infection au COVID-19.

Le premier détecte le génome viral et utilise des techniques telles que le séquençage génomique, CRISPR et la réaction en chaîne par polymérase quantitative en temps réel (PCR) par transcription inverse. Bien que ces méthodes soient relativement précises, elles sont lentes parce qu'il y a plusieurs étapes impliquées dans le traitement des échantillons et que les échantillons doivent être expédiés à un laboratoire pour être testés. La précision de ces méthodes est également affectée par le taux de mutation élevé dans le génome viral.

Une deuxième approche implique la détection d'anticorps spécifiques aux antigènes viraux en utilisant des méthodes sérologiques telles que le dosage immunologique à flux latéral et le dosage immuno-enzymatique (ELISA). Ces tests ont un long temps de préparation des échantillons (0,5 à 2 heures) et sont basés sur des protéines structurelles telles que la protéine de nucléocapside (protéine N) ou la protéine de pointe (protéine S). Leur sensibilité est relativement faible et les taux de faux positifs sont d'environ 5 à 11%.

Les lacunes des deux méthodes de test montrent qu'il existe un besoin urgent de développer un test plus rapide, plus sensible et spécifique pour la détection de l'infection par le SRAS-CoV-2.

Les auteurs disent: «Par conséquent, il y a un besoin urgent de développer un test sensible et spécifique pour la détection rapide de l'infection par le SRAS-CoV-2 en quelques minutes ou si possible, quelques secondes; idéalement dans les jours suivant l'infection, ce qui pourrait être particulièrement utile pour les zones médicalement mal desservies si un smartphone permet la lecture. »

Une nouvelle plateforme de test rapide

Dans un article publié sur le serveur de pré-impression medRxiv*, des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon et de l'École de médecine de l'Université de Pittsburgh discutent d'une nouvelle plate-forme de biodétection imprimée en 3D appelée 3DcC qui peut détecter les anticorps anti-SRAS-CoV-2 en quelques secondes.

Schéma du processus de fabrication de la puce de test COVID-19 imprimée en 3D (3DcC) par impression 3D de nanoparticules Aerosol Jet

Schéma du processus de fabrication de la puce de test COVID-19 imprimée en 3D (3DcC) par impression 3D de nanoparticules Aerosol Jet

La plate-forme a été développée en utilisant une méthode d'impression 3D de nanoparticules à jet d'aérosol pour produire des électrodes à matrice micropillaire en or, qui a été suivie par la fonctionnalisation de rGO et l'immobilisation de l'antigène sur la surface de l'électrode à l'aide d'une chimie EDC: NHS.

Fonctionnalisation de l'électrode micropillaire imprimée en 3D et du fonctionnement du capteur 3DcC.

Fonctionnalisation de l'électrode micropillaire imprimée en 3D et du fonctionnement du capteur 3DcC.

Le dispositif est capable de détecter les anticorps produits contre la protéine S1 et le domaine de liaison au récepteur (RBD) du SARS-CoV-2 à de très faibles concentrations (1 pM) en utilisant la spectroscopie d'impédance électrochimique. Les résultats peuvent être lus sur une interface utilisateur basée sur un smartphone. De plus, le capteur utilisé dans le dispositif peut être régénéré en moins d'une minute à un pH bas qui élue les antigènes des anticorps. Cela permet d'utiliser le même capteur pour tester plusieurs échantillons. Dans ce travail, deux anticorps ont été testés en 11,5 secondes.

Caractérisation physique et chimique du dispositif 3DcC

Caractérisation physique et chimique du dispositif 3DcC

Importance de cette plateforme de biodétection

Dans la détection électrochimique, le complexe anticorps-antigène est détecté par transduction électrochimique. La spécificité, la sensibilité et la vitesse de détection dépendent de la cellule électrochimique, de la chimie de surface des électrodes, de l'antigène et du type de test.

Ce travail visait à utiliser des techniques avancées telles que l'impression 3D de nanoparticules pour la fabrication microélectronique et l'utilisation de la transduction électrochimique dans la détection rapide des anticorps COVID-19. Combinée à une capacité de régénération et à une conception prise en charge par smartphone, la nouvelle plate-forme offre une solution rapide, de haute technologie et indispensable au diagnostic précoce du COVID-19.

Le signal obtenu à l'aide de cet appareil était très sélectif et reproductible. Les anticorps produits contre les antigènes viraux Spike S1 et RBD ont été détectés à des concentrations aussi faibles que 1 pM et 1 fM, respectivement. La régénération du capteur en moins d'une minute a permis jusqu'à 10 lectures successives et précises en utilisant le même capteur.

«Ces résultats sont très encourageants et un dispositif à utiliser sur le terrain, après des essais humains appropriés, aura un impact positif significatif sur la santé publique et l'évolution des pandémies actuelles et futures», écrivent les auteurs.

Ce système de biodétection permettra une détection rapide et un diagnostic précoce, sauvant ainsi des vies. De plus, comme cette plateforme est générique, elle peut trouver plus d'utilisations dans la détection de biomarqueurs spécifiques à une variété d'autres agents pathogènes tels que le VIH, Ebola et Zika, ce qui en fait une avancée significative en biotechnologie qui a un impact très positif sur la santé publique.

*Avis important

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.

Référence du journal:

  • Détection des anticorps COVID-19 en quelques secondes via des électrodes tridimensionnelles imprimées à jet d'aérosol Md Azahar Ali, Chunshan Hu, Sanjida Jahan, Bin Yuan, Mohammad Sadeq Saleh, Enguo Ju, Shou-Jiang Gao, Rahul P Panat medRxiv 2020.09.13.20193722; doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.13.20193722

Vous pourriez également aimer...