Des chimistes de l'Université de Montréal ont développé des « cascades de signalisation » constituées de molécules d'ADN pour signaler et quantifier la concentration de diverses molécules dans une goutte de sang, le tout en 5 minutes. Leurs résultats, validés par des expériences sur des souris, sont publiés aujourd'hui dans la Journal de l'American Chemical Societypeut contribuer aux efforts visant à construire des dispositifs sur le lieu d'intervention pour surveiller et optimiser le traitement de diverses maladies.
Cette percée a été réalisée par un groupe de recherche dirigé par le professeur de chimie de l'UdeM, Alexis Vallée-Bélisle. « L'un des facteurs clés pour traiter avec succès diverses maladies est de fournir et de maintenir une dose thérapeutique de médicament tout au long du traitement », a-t-il déclaré. « Une exposition thérapeutique sous-optimale réduit l'efficacité et conduit généralement à une résistance aux médicaments, tandis qu'une surexposition augmente les effets secondaires. »
Maintenir la bonne concentration de médicaments dans le sang reste cependant un défi majeur de la médecine moderne. Puisque chaque patient a un profil pharmacocinétique distinct, la concentration des médicaments dans son sang varie considérablement. En chimiothérapie, par exemple, de nombreux patients atteints de cancer ne reçoivent pas une dose optimale de médicaments, et peu ou pas de tests sont actuellement suffisamment rapides pour signaler ce problème.
« Des tests faciles à réaliser pourraient rendre la surveillance thérapeutique des médicaments plus largement disponible et permettre des traitements plus personnalisés », a déclaré Vincent De Guire, biochimiste clinique à l'Hôpital Maisonneuve-Rosemont, affilié à l'UdeM, et président du Groupe de travail sur les erreurs de laboratoire et la sécurité des patients de la Fédération internationale de chimie clinique et de médecine de laboratoire.
« Une solution connectée, similaire à un glucomètre en termes de portabilité, de prix abordable et de précision, qui mesurerait les concentrations de médicaments au bon moment et transmettrait les résultats directement à l'équipe soignante garantirait que les patients reçoivent la dose optimale qui maximise leurs chances de guérison », a déclaré De Guire dans une évaluation indépendante de l'étude.
Comment c'est arrivé
Titulaire d'une Chaire de recherche du Canada en bioingénierie et bio-nanotechnologie, Vallée-Belisle a passé de nombreuses années à explorer comment les systèmes biologiques surveillent en temps réel la concentration de molécules dans leur environnement.
La percée de cette nouvelle technologie a été réalisée en observant comment les cellules détectent et quantifient la concentration de molécules dans leur environnement.
« Les cellules ont développé des « cascades de signalisation » à l'échelle nanométrique constituées de biomolécules programmées pour interagir ensemble afin d'activer des activités cellulaires spécifiques en présence d'une quantité spécifique de stimuli ou de molécules externes », a déclaré le premier auteur de l'étude, Guichi Zhu, chercheur postdoctoral à l'UdeM.
« Inspirés par la modularité des systèmes de signalisation naturels et par la facilité avec laquelle ils peuvent évoluer pour détecter de nouvelles cibles moléculaires, nous avons développé des cascades de signalisation similaires basées sur l'ADN, capables de détecter et de quantifier des molécules spécifiques via la génération d'un signal électrochimique facilement mesurable », a-t-elle déclaré.
Le principe de détection de ces capteurs est simple : la cible moléculaire ou le médicament à surveiller (représenté en vert dans l'illustration ci-dessus) peut interagir avec une molécule d'ADN spécifique, appelée aptamère (molécule jaune). Une fois lié à la cible moléculaire, cet ADN « aptamère » ne peut plus inhiber un autre ADN électro-actif (ADN rouge), qui peut alors atteindre la surface d'une électrode et générer un courant électrochimique facilement détectable avec un lecteur peu coûteux.
« Un grand avantage de ces tests électrochimiques basés sur l'ADN est que leur principe de détection peut également être généralisé à de nombreuses cibles différentes, ce qui nous permet de construire des appareils peu coûteux capables de détecter de nombreuses molécules différentes en cinq minutes au cabinet du médecin ou même à la maison », a déclaré Vallée-Bélisle, dont l'équipe a validé son nouveau mécanisme en détectant quatre molécules distinctes dans ce laps de temps.
Testé sur des souris
Pour illustrer comment ce nouveau mécanisme de signalisation peut être adapté en un test à domicile facile à utiliser pour aider les patients à surveiller et à optimiser leur thérapie chimique, les auteurs ont également démontré la surveillance en temps réel d'un médicament antipaludique chez des souris vivantes. Les tests de référence actuels utilisés pour ce faire nécessitent généralement des heures de procédures et un réglage instrumental coûteux.
Ce nouveau mécanisme de signalisation produit un changement suffisant dans le courant électrique pour être mesuré à l'aide d'appareils électroniques peu coûteux similaires à ceux des glucomètres domestiques utilisés par les diabétiques pour vérifier leur glycémie.
«Grâce à ce test basé sur l'ADN, nous avons pu développer des capteurs pour plusieurs molécules sanguines même si leur concentration était parfois moins de 100 000 fois moins concentrée que celle du glucose», a déclaré Bal-Ram Adhikari, un autre chercheur postdoctoral de l'UdeM qui a participé à l'étude.
Un brevet pour cette invention a été obtenu sous licence par l'entreprise montréalaise Anasens afin d'accélérer sa commercialisation.
