Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) appartient à la Coronaviridés famille. Ces virus contiennent un seul génome d’acide ribonucléique (ARNsb) non segmenté et simple brin de vertébrés.
Le virus à ARN peut être détecté par des techniques de réaction en chaîne par polymérase en temps réel (RT-PCR) ; un inconvénient majeur de cette technique est le temps plus long nécessaire à la détection.
Étude : Biocapteur à base de nanomatériaux intelligents et émergents pour la détection du SRAS-CoV-2. Crédit d’image : Nhemz/Shutterstock
Récemment, de nombreux aspects de la technique RT-PCR ont été modifiés pour la rendre hautement spécifique vis-à-vis du virus SARS-CoV-2, en déterminant ses cibles spécifiques. Néanmoins, il existe un besoin immédiat de nouvelles méthodes rapides et économiques pour la détection du SARS-CoV-2.
Les biocapteurs ont des avantages supplémentaires pour identifier les virus à ARN en utilisant des nanoparticules conjuguées à des aptamères, des nanoparticules à base d’Au-Ag, des bandes de papier à base de CRISPR-Cas9 et des biocapteurs électrochimiques à résonance plasmonique de surface et s’avèrent prometteurs en servant d’outil portable pour diagnostiquer le SRAS-CoV- 2.
Une nouvelle revue publiée dans le Matériaux Lettres visait à mettre en lumière les différents nanomatériaux intelligents et émergents utilisés pour détecter le SRAS-CoV-2.
Le présent article a également discuté des stratégies de diagnostic actuelles, des biomarqueurs et des perspectives futures des nanomatériaux intelligents et émergents pour la fabrication de biocapteurs.
Fond
Des données antérieures suggèrent que d’énormes biomarqueurs peuvent être utilisés pour la détection du SRAS-CoV-2. De nombreux biomarqueurs de divers virus, tels que le syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS) et le virus de la grippe, hébergent des amorces spéciales et peuvent être pleinement exprimés par des tests RT-PCR. Ceux-ci ont une sensibilité élevée à la détection du SRAS-CoV-2.
Les quatre protéines structurelles, à savoir la matrice (M), la pointe (S), la nucléocapside (N) et l’enveloppe (E), sont utilisées comme antigènes dans le diagnostic du SRAS-CoV-2. Les tests d’anticorps spécifiques sont également utiles dans la détection du SARS-CoV-2. Ces anticorps se développent naturellement à partir de la réponse immunitaire adaptative des patients infectés par le processus connu sous le nom d’immunité active. Les anticorps se lient à la protéine S et neutralisent la capacité infectieuse du virus et interdisent également la progression de la maladie en empêchant l’interaction virale avec les récepteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2).
Des anticorps peuvent également se développer contre les protéines de pointe – ce processus est connu sous le nom d ‘«immunité passive». Le dosage immuno-enzymatique des protéines S (ELISA) peut être utilisé pour mesurer les anticorps contre le SRAS-CoV-2.
Les biocapteurs peuvent servir d’outils alternatifs pour la détection de biomarqueurs d’anticorps contre le SRAS-CoV-2, car ils offrent une grande précision, une réponse rapide, une sensibilité, une portabilité et une sélectivité améliorées. De plus, ces méthodes sont moins sensibles à la technique et fournissent des connaissances sur les tendances critiques et la gravité de l’infection.
Derniers développements de nanomatériaux
Les derniers nanomatériaux intelligents utilisés pour les applications de biodétection de l’infection par le SRAS-CoV-2 sont les oxydes métalliques, les nanomatériaux à base de carbone, le dichalcogénure de métal de transition, les points quantiques, les nanocomposites à base de polymères, entre autres. Les propriétés uniques de ces nanomatériaux et de leurs composites pour la fabrication de biocapteurs sont la petite taille, la génération de signal, l’extinction et l’amplification du signal.
Parmi les nanoparticules métalliques, la biodétection des infections virales est principalement réalisée par des nanoparticules d’or. Les avantages incluent la biocompatibilité, la capacité de chargement améliorée du bio-analyte et les propriétés électrocatalytiques. Les nanoparticules d’or pouvaient détecter l’antigène dans les 30 minutes à partir d’échantillons humains, et les résultats obtenus étaient en parfait accord avec les directives de l’OMS. De plus, lorsque des nanoparticules de polystyrène dopées au lanthanide ont été utilisées pour détecter l’IgG anti-SARS-CoV-2 dans le sérum humain, les résultats obtenus étaient comparables à ceux de la technique RT-PCR.
Le graphène est un excellent nanomatériau ; un biocapteur à base de transistor à effet de champ (FET) a été fabriqué à l’aide d’un revêtement de feuille de graphène, pour détecter des anticorps spécifiques. Pendant ce temps, des nanocapteurs de graphène décorés d’Au à effet de champ ont également été développés pour identifier rapidement le virus SARS-CoV-2. De plus, un immunocapteur a été développé en utilisant la combinaison de graphène-FET avec une interaction antigène-anticorps pour la détection en temps réel de la protéine de pointe SARS-CoV-2. Le graphène et ses dérivés, en raison de leur conductivité élevée et de leur bonne biocompatibilité, sont considérés comme des candidats essentiels pour les applications avancées de biodétection pour les tests au point de service (POCT).
Les nanotubes de carbone (NTC) – fabriqués à partir de feuilles de graphène, présentent des propriétés mécaniques, électroniques et thermiques exceptionnelles. Ceux-ci ont été utilisés pour développer un système d’identification rapide utilisant un mécanisme proche infrarouge. L’inactivation du virus a également été tentée par des surfaces d’inhibition avec des NTC à simple paroi décorés de métaux pour l’adsorption de H2O2. Les NTC surmontent les inconvénients des capteurs à base de graphène, tels que la migration des porteurs.
Les dichalcogénures de métaux de transition (TMDC) apparaissent comme d’excellents matériaux pour la biodétection. Ils possèdent des propriétés optiques, électroniques, mécaniques et magnétiques et offrent de grandes bandes interdites et une meilleure force du signal. Parmi ceux-ci, le disulfure de molybdène (MoS2) offre un taux de transfert d’électrons rapide, une conductivité et une faisabilité supérieures, ainsi qu’une biocompatibilité et une stabilité.
Les points quantiques sont de minuscules nanocristaux semi-conducteurs capables de convertir le spectre lumineux en différentes couleurs. Ils présentent une excellente fluorescence, un confinement quantique et une énergie de bande accordable. Celles-ci se sont révélées être de nouvelles sondes fluorescentes pour l’imagerie moléculaire. De plus, les points quantiques à base de carbone ont été identifiés comme un agent efficace d’inactivation virale. En outre, les nanocomposites graphitiques à points quantiques de nitrure de carbone et de sulfure de cadmium pourraient déterminer le domaine de liaison au récepteur du SRAS-CoV-2 (RBD). De plus, ils peuvent être utilisés pour étiqueter l’enveloppe du virus, tandis que de nouveaux points quantiques à base de fluorescence peuvent aider à développer des méthodes de diagnostic avancées.
Des polymères à empreinte moléculaire (MIP) ont été utilisés pour détecter plusieurs virus. Ils sont prometteurs en tant que technologie future de capteurs, car ils pourraient être rentables, respectueux de l’environnement, rapides, sensibles, sélectifs et spécifiques.
Les électrodes sérigraphiées (SPE) sont facilement modifiables avec des nanomatériaux et confèrent de meilleures performances électroanalytiques et une meilleure sensibilité. Les électrodes en graphène sérigraphié (SPGE) présentent des propriétés électrochimiques supérieures aux autres matériaux à base d’électrodes.
Conclusion
En résumé, les nanomatériaux intelligents et émergents sont devenus des composants essentiels des sciences biomédicales. Les nanomatériaux offrent une adsorption, une grande surface et une grande réactivité et constituent d’excellents biocapteurs. Les biocapteurs peuvent servir d’outils analytiques puissants qui peuvent fournir une compréhension détaillée des tendances critiques et de la gravité des conditions du SRAS-CoV-2 et peuvent aider au diagnostic précoce et rapide de l’infection.
