Aleksandra Radenovic, responsable du Laboratoire de biologie à l’échelle nanométrique de l’École d’ingénierie, a travaillé pendant des années pour améliorer la technologie des nanopores, qui consiste à faire passer une molécule comme l’ADN à travers un minuscule pore d’une membrane pour mesurer un courant ionique. Les scientifiques peuvent déterminer la séquence de nucléotides de l’ADN – qui code l’information génétique – en analysant comment chacun perturbe ce courant lors de son passage. La recherche a été publiée aujourd’hui dans Nanotechnologie de la nature.
Actuellement, le passage des molécules à travers un nanopore et le moment de leur analyse sont influencés par des forces physiques aléatoires, et le mouvement rapide des molécules rend difficile l’obtention d’une précision analytique élevée. Radenovic a déjà abordé ces problèmes avec des pincettes optiques et des liquides visqueux. Aujourd’hui, une collaboration avec Georg Fantner et son équipe du Laboratoire de bio- et nano-instrumentation de l’EPFL a permis d’obtenir l’avancement qu’elle recherchait – avec des résultats qui pourraient aller bien au-delà de l’ADN.
Nous avons combiné la sensibilité des nanopores avec la précision de la microscopie à conductance ionique à balayage (SICM), ce qui nous permet de verrouiller des molécules et des emplacements spécifiques et de contrôler leur vitesse de déplacement. Ce contrôle exquis pourrait aider à combler une grande lacune dans le domaine. »
Aleksandra Radenovic, responsable du Laboratoire de biologie à l’échelle nanométrique, Faculté d’ingénierie, EPFL
Les chercheurs ont réalisé ce contrôle à l’aide d’un microscope à conductance ionique à balayage à la pointe de la technologie, récemment développé au laboratoire de bio- et nano-instrumentation.
Amélioration de la précision de détection de deux ordres de grandeur
La collaboration fortuite entre les laboratoires a été catalysée par le doctorant Samuel Leitão. Ses recherches portent sur le SICM, dans lequel les variations du courant ionique traversant une pointe de sonde sont utilisées pour produire des données d’image 3D haute résolution. Pour son doctorat, Leitão a développé et appliqué la technologie SICM à l’imagerie de structures cellulaires à l’échelle nanométrique, en utilisant un nanopore de verre comme sonde. Dans ce nouveau travail, l’équipe a appliqué la précision d’une sonde SICM pour déplacer des molécules à travers un nanopore, plutôt que de les laisser diffuser au hasard.
Appelée spectroscopie de conductance ionique à balayage (SICS), l’innovation ralentit le transit des molécules à travers le nanopore, permettant de prendre des milliers de lectures consécutives de la même molécule, et même d’emplacements différents sur la molécule. La capacité de contrôler la vitesse de transit et la moyenne des lectures multiples de la même molécule a entraîné une augmentation du rapport signal sur bruit de deux ordres de grandeur par rapport aux méthodes conventionnelles.
« Ce qui est particulièrement excitant, c’est que cette capacité de détection accrue avec SICS peut être transférable à d’autres méthodes de nanopores à l’état solide et biologiques, ce qui pourrait améliorer considérablement les applications de diagnostic et de séquençage », a déclaré Leitão.
Fantner résume la logique de l’approche avec une analogie automobile : « Imaginez que vous regardez des voitures faire des allers-retours alors que vous vous tenez devant une fenêtre. Il est beaucoup plus facile de lire leurs numéros de plaque d’immatriculation si les voitures ralentissent et passent à plusieurs reprises. , » il dit. « Nous pouvons également décider si nous voulons mesurer 1 000 molécules différentes à chaque fois ou la même molécule 1 000 fois, ce qui représente un véritable changement de paradigme dans le domaine. »
Cette précision et cette polyvalence signifient que l’approche pourrait être appliquée à des molécules au-delà de l’ADN, telles que des blocs de construction de protéines appelés peptides, ce qui pourrait aider à faire progresser la protéomique ainsi que la recherche biomédicale et clinique.
« Trouver une solution pour le séquençage des peptides a été un défi de taille en raison de la complexité de leurs » plaques d’immatriculation « , qui sont composées de 20 caractères (acides aminés) par opposition aux quatre nucléotides de l’ADN », explique Radenovic. « Pour moi, le l’espoir le plus passionnant est que ce contrôle neuf pourrait ouvrir un chemin plus facile en avant à l’ordonnancement de peptide.
