Un groupe de recherche italien et américain a proposé un biocapteur à transistor à effet de champ au graphène (gFET) qui tire parti d’une interaction critique entre la glycoprotéine de pointe du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) et son récepteur sur cellules humaines – ouvrant la porte à une nouvelle génération de méthodes de détection hautement sensibles.
Le besoin de systèmes de détection rapides et très sensibles était évident au début de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) causée par le SRAS-CoV-2 ; cependant, cette question est devenue encore plus importante à l’ère d’un nombre accru de variantes virales.
Les sociétés du monde entier s’ouvrent lentement, mais la distribution mondiale de vaccins n’est pas à la hauteur, ce qui signifie que l’agent causal de la pandémie en cours est loin d’être contenu. Par conséquent, au fur et à mesure que nous avançons, nous devrons réagir rapidement aux poussées potentielles de maladies, il sera donc nécessaire de disposer de résultats de test rapides.
Pourtant, les tests moléculaires hautement sensibles basés sur la réaction en chaîne par polymérase (PCR) nécessitent plusieurs heures pour les résultats et du personnel spécialisé et des installations de laboratoire adéquates. D’un autre côté, les tests rapides basés sur les antigènes ont une précision beaucoup plus faible, ce qui peut en outre être affecté par les variantes émergentes du SRAS-CoV-2.
Il existe un problème supplémentaire d’impact environnemental, car les deux stratégies de test susmentionnées utilisent une quantité substantielle de fournitures en plastique jetables dans les campagnes de test au niveau mondial. Existe-t-il une possibilité de résoudre ce problème avec un matériau hautement durable ?
Sommaire
Vers un signal facilement détectable
Une nouvelle étude publiée sur le medRxiv* serveur et dirigé par le Dr Mattia D’Agostino, le Dr Eleonora Pavoni et le Dr Alice Romagnoli de l’Université polytechnique des Marches à Ancône (Italie), un biocapteur gFET qui utilise l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) comme biorécepteur a été présenté comme une solution viable.
Plus précisément, leur approche vise à imiter le mécanisme viral de l’accès aux cellules hôtes tandis que la glycoprotéine de pointe virale reconnaît et se lie au récepteur ACE2, une protéine ancrée dans la membrane omniprésente.
Dans le gFET proposé, une monocouche de graphène relie les électrodes de source et de drain d’un transistor, tandis que le graphène est fonctionnalisé avec un biorécepteur qui peut spécifiquement lier les molécules cibles. En conséquence, une telle interaction biorécepteur-cible peut modifier les propriétés électroniques du graphène, ce qui se traduit par un signal facilement détectable.
Pour assurer la portabilité, les chercheurs ont également conçu et construit un dispositif de point de service personnalisé et réutilisable qui accueille la puce gFET et donne les mêmes lectures que la station de sonde à l’échelle du laboratoire utilisée lors de la mise en œuvre et des tests du capteur.
Détection robuste des variantes du SARS-CoV-2
En utilisant une approche d’analyse informatique complète, les chercheurs ont montré qu’une construction chimérique ACE2-Fc (c’est-à-dire la fusion du fragment cristallisable de l’immunoglobuline G humaine à l’ACE2) peut parfaitement imiter le dimère ACE2 (généralement présent sur les membranes des cellules hôtes) bien mieux que sa forme tronquée soluble.
Ils ont également démontré que le gFET fonctionnalisé par ACE2-Fc peut être très efficace pour in vitro détection de la glycoprotéine de pointe du SRAS-CoV-2, surpassant la même puce fonctionnalisée avec ACE2 soluble ou un anticorps de diagnostic.
En imitant l’interaction réelle entre le virus et l’hôte lors de l’infection cellulaire, dont l’affinité a été améliorée dans certaines variantes apparues cette année, le capteur de cette étude devrait être plutôt robuste aux variantes actuelles et futures du SRAS-CoV-2. .
Le dispositif au point de service (POC) détecte le SRAS-CoV-2 dans les échantillons de patients (A) Module d’acquisition de signal du dispositif POC avec les principaux éléments étiquetés. (B) Photographie de l’unité de cartouche gFET et des modules d’acquisition de signaux connectés ensemble pour former l’ensemble du POC. Une barre de dimension de référence est indiquée ci-dessous. (C) Représentation schématique de gFET modifié avec ACE2-Fc testé sur des échantillons viraux de patients. (D) Graphique à barres signalant le signal ACE2-Fc_gFET avant (noir) et après l’ajout d’échantillons sur écouvillon (rouge) du patient 1, 2 et 3. **P<.01, ***P<.001 ; (E) Résultats de la RT-qPCR pour la détection des gènes spécifiques au SRAS-CoV-2 (gène E ; gène RdRP ; gène S et gène ORF1ab) des trois échantillons de patients. La valeur Ct dans les échantillons cliniques a été évaluée. La valeur moyenne Ct du contrôle interne est indiquée pour chaque échantillon. Le type de variante virale (tel que détecté par RT-PCR ciblée) est également signalé.
Dispositif de point de service à faible consommation et convivial
En bref, les gFET semblent plutôt attrayants dans le diagnostic au point de service – non seulement en raison de leur miniaturisation, mais également en raison de leur potentiel pour le processus de fabrication à grande échelle et de leur opérabilité par du personnel non spécialisé. Ce sont toutes des facettes importantes de toute procédure de diagnostic au milieu de la pandémie.
« Notre biocapteur, miniaturisé en un dispositif de point de service réutilisable et convivial, a été testé avec succès avec des échantillons cliniques de patients infectés par des variantes des virus alpha et gamma », expliquent les auteurs de cet article. medRxiv papier.
« Des études de précision couplées à des tests moléculaires basés sur la PCR comme référence seront, bien sûr, nécessaires pour vérifier les performances de notre biocapteur au point de service avec des variantes virales différentes et à venir », ajoutent-ils.
De plus, des modifications de la séquence d’acides aminés ACE2 qui augmentent potentiellement l’affinité de liaison avec la glycoprotéine de pointe virale pourraient en outre améliorer la sensibilité du biocapteur à base de gFET ACE2-Fc proposé. Dans l’ensemble, ce nouveau biocapteur ouvre la voie à une nouvelle classe de plates-formes de détection du SRAS-CoV-2 rapides, hautement sensibles et robustes, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires.
*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/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
