L’objectif actuel de la gestion de la maladie contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) est la vaccination. Cependant, le diagnostic rapide des variantes est toujours essentiel pour les stratégies de santé publique pour les futures variantes. Avec l’évolution observée du virus en plusieurs variantes préoccupantes (COV) provoquant des infections révolutionnaires à l’échelle mondiale, il existe un besoin pour une plate-forme de diagnostic rapide, peu coûteuse, largement déployable et sans étiquette avec un degré élevé de sensibilité pour gérer le présent et le futur pandémies.
Étude : Détection du SARS-CoV-2 sans étiquette sur des substrats flexibles. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock
Sommaire
Fond
Différentes contraintes limitent les méthodes de test SARS-CoV-2 disponibles pour une adaptation généralisée. Bien qu’ils soient très précis, les tests basés sur la réaction en chaîne de la polymérase quantitative en temps réel (RT-qPCR) et les répétitions palindromiques courtes en cluster régulièrement espacées (CRISPR) sont lents, demandent beaucoup de travail et dépendent de la manipulation, du stockage, du transport et de l’opérateur des échantillons. expertise pour leur fiabilité. De plus, leur mise à l’échelle est limitée par des problèmes d’approvisionnement mondiaux en raison de l’énorme demande d’amorces PCR.
L’ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) et les immunoessais à flux latéral qui détectent les anticorps correspondant à des antigènes viraux spécifiques comme le pic SARS-CoV-1 ou la protéine de nucléocapside ont une faible sensibilité. Ils nécessitent une préparation approfondie des échantillons en fonction du stade de l’infection et présentent des risques de résultats faussement positifs dans 5 à 11 % des cas. Les tests antigéniques rapides disponibles ont une faible sensibilité et des risques de résultats faussement négatifs nécessitant une confirmation supplémentaire.
Les chercheurs ont également tenté d’utiliser des biocapteurs pour la détection rapide du SRAS-CoV-2, mais ont rencontré des problèmes pour décider de sondes spécifiques pour les capteurs, les rendant inutiles pour détecter les mutants. La spectroscopie Raman, qui repose sur la diffusion inélastique de la lumière pour quantifier les modes vibrationnels uniques des molécules, a jusqu’à présent permis une empreinte digitale précise et sans marquage des composants viraux individuels. Notamment, les altérations structurelles et chimiques du génome et des protéines de la capside se traduisent par des changements dans les caractéristiques vibrationnelles, comme le montrent les études avec l’échovirus 1 dans les études précédentes.
Des chercheurs de l’Université Johns Hopkins ont ainsi tenté de développer une plateforme innovante de détection ultrasensible et rapide du SARS-CoV-2 en exploitant une variante de la spectroscopie Raman, à savoir la spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS). Des chercheurs ont récemment publié un rapport sur le serveur de préimpression medRxiv* décrivant leurs recherches sur les signatures SERS enregistrées sur des substrats rigides et flexibles à nanomotifs hautement reproductibles et plasmoniquement actifs sans étiquette. Pour améliorer le faible signal Raman du virus SARS-CoV-2, ils ont développé de nouveaux paradigmes de nanofabrication pour des substrats SERS rigides et flexibles de grande surface modelés par lithographie par nanoimpression (NIL) couplée à une impression par transfert.
Méthode
En principe, SERS intensifie un signal Raman faible provenant d’échantillons biologiques adsorbés sur des nanostructures de métaux nobles. Il combine ensuite la spécificité moléculaire élevée avec une sensibilité proche d’une molécule unique et permet la quantification spectroscopique de plusieurs concentrations d’agents pathogènes dans de petits volumes. Les chercheurs ont utilisé cette technique pour démontrer des plates-formes de capteurs de grande surface, sans étiquette et de test rapide fabriquées sur des substrats rigides et flexibles pour une détection rapide et précise du SRAS-CoV-2.
Les chercheurs ont développé de nouveaux paradigmes de nanofabrication pour des substrats SERS rigides et flexibles de grande surface modelés par lithographie par nanoimpression (NIL) couplée à une impression par transfert pour amplifier les signaux Raman faibles. Les nanostructures plasmoniques étaient composées d’une architecture d’antenne métal-isolant améliorant le champ (FEMIA), avec plusieurs empilements alternés d’argent et de silice (similaire aux nano-antennes plasmoniques métal-isolant-métal). L’arrangement avait sa fréquence de résonance primaire proche de l’excitation laser, assurant une amplification maximale du signal Raman.
Les chercheurs ont pu lire directement des signatures fortes de la protéine de fusion virale du SARS-CoV-2 et du H1N1 sous forme purifiée à partir des spectres SERS avec une limite expérimentale de détection de 500 nM. Ils ont utilisé l’analyse en composantes principales (ACP) et la classification des forêts aléatoires pour identifier quatre virus à ARN enveloppés différents avec une précision supérieure à 83 %. En utilisant cette plate-forme sur un substrat flexible, les chercheurs ont détecté le SRAS-CoV-2 dans un fluide corporel complexe comme la salive, généralement en 25 minutes et avec une précision d’au moins 83 %. La détection sur un substrat FEMIA flexible a permis de monter le capteur sur des surfaces courbes et flexibles et des appareils portables pour une identification rapide du virus dans diverses situations.
Implications
L’approche SERS comprend des nanomotifs sur de grandes surfaces, une fabrication dans des formats rigides et flexibles pour les appareils portables, et est alimentée par l’apprentissage automatique. Cette stratégie peut être extrêmement utile dans la détection rapide d’agents pathogènes indépendamment de la mutation, à l’aide de biocapteurs sans marquage et dans la gestion des pandémies actuelles et futures.
*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.
