Des scientifiques du Royaume-Uni et des États-Unis ont développé une plate-forme de capteurs électrochimiques multiplexés revêtus de nanocomposites antisalissures qui peut détecter simultanément l’ARN du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) et des anticorps spécifiques au virus. La plate-forme a montré une précision de 100 % dans la détection de l’ARN viral et des anticorps anti-SARS-CoV-2 spécifiques aux IgG. L’étude est actuellement disponible sur le medRxiv* serveur de préimpression.
Sommaire
Fond
L’administration à grande échelle du vaccin contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) ainsi qu’une détection rapide et précise de l’infection aiguë par le SRAS-CoV-2 sont les mesures clés à prendre pour contrôler la trajectoire pandémique. Alors que la détection par transcription inverse-amplification en chaîne par polymérase (RT-PCR) de l’ARN viral dans les échantillons respiratoires est considérée comme la méthode la plus précise pour le diagnostic du COVID-19, le test sérologique d’anticorps est la plate-forme la plus appropriée pour détecter une infection antérieure par le SRAS-CoV-2. ainsi que l’efficacité du vaccin.
Dans la présente étude, les scientifiques ont développé un appareil de diagnostic portable basé sur des capteurs électrochimiques qui peut détecter simultanément l’ARN viral et les anticorps spécifiques du virus.
Plateforme de capteurs électrochimiques
Les scientifiques ont développé une plate-forme de capteurs électrochimiques multiplexés qui combine la détection moléculaire basée sur CRISPR/Cas des acides nucléiques du SRAS-CoV-2 (ARN viral) et la détection sérologique multiplexée des anticorps contre trois protéines du SRAS-CoV-2, y compris le domaine de liaison au récepteur de pointe (RBD), sous-unité de pointe S1 et protéine de nucléocapside.
Données de voltamétrie cyclique brutes schématiques et représentatives du test sérologique multiplexé. (a) Schéma illustrant le test sérologique électrochimique multiplexé pour évaluer les réponses des anticorps de l’hôte sur des électrodes fonctionnalisées avec des antigènes du SRAS-CoV-2. Les anticorps de l’hôte se lient aux antigènes du SRAS-CoV-2 immobilisés sur les puces. Par la suite, les anticorps secondaires anti-IgG humaines biotinylés se lient, suivis d’une liaison poly HRP-streptavidine et d’une précipitation de TMB sur les puces. (be) Voltammogrammes cycliques typiques pour les quatre électrodes différentes qui ciblent les anticorps de l’hôte contre (b) la sous-unité Spike 1 (S1), (c) le domaine de liaison au récepteur Spike 1 (S1-RBD), (d) la nucléocapside (N) et (e) Contrôle négatif BSA avec des échantillons positifs (rouge, bleu) et négatifs (orange et noir) pour IgG et IgM, respectivement.
Bien que les capteurs électrochimiques intégrés à des sondes biologiques soient des plates-formes très économiques et ultrasensibles pour détecter simultanément les acides nucléiques et les protéines viraux, un inconvénient majeur est l’accumulation de déchets d’échantillons biologiques sur la surface du capteur. Cet encrassement biologique peut réduire considérablement la sensibilité et la spécificité du capteur en modifiant la chimie de surface et en réduisant la force du signal. Pour surmonter cette limitation, les scientifiques ont recouvert le capteur (puce en or) d’un nanocomposite antisalissure composé de glutaraldéhyde réticulé d’albumine de sérum bovin recouvert d’oxyde de graphène réduit conducteur. Après le revêtement de surface, les puces d’or ont été activées par des composés chimiques et des sondes de capture ont été repérées au-dessus de la zone des électrodes.
Données de voltamétrie cyclique brutes schématiques et représentatives du test sérologique multiplexé. (a) Schéma illustrant le test sérologique électrochimique multiplexé pour évaluer les réponses des anticorps de l’hôte sur des électrodes fonctionnalisées avec des antigènes du SRAS-CoV-2. Les anticorps de l’hôte se lient aux antigènes du SRAS-CoV-2 immobilisés sur les puces. Par la suite, les anticorps secondaires anti-IgG humaines biotinylés se lient, suivis d’une liaison poly HRP-streptavidine et d’une précipitation de TMB sur les puces. (be) Voltammogrammes cycliques typiques pour les quatre électrodes différentes qui ciblent les anticorps de l’hôte contre (b) la sous-unité Spike 1 (S1), (c) le domaine de liaison au récepteur Spike 1 (S1-RBD), (d) la nucléocapside (N) et (e) Contrôle négatif BSA avec des échantillons positifs (rouge, bleu) et négatifs (orange et noir) pour IgG et IgM, respectivement.
Ils ont intégré le test basé sur CRISPR/Cas dans le capteur électrochimique en hybridant partiellement une sonde rapporteur d’ADN simple brin biotinylée à des sondes de capture d’acide nucléique peptidique, qui ont été immobilisées sur la surface du capteur.
Pour développer la plate-forme sérologique multiplexée, ils ont initialement effectué un test immuno-enzymatique (ELISA) pour optimiser trois antigènes viraux primaires qui induisent des anticorps lors de l’infection par le SRAS-CoV-2. Ces antigènes étaient le RBD de pointe, la sous-unité S1 de pointe et la protéine de nucléocapside. Ensuite, ils ont fonctionnalisé chaque électrode en or individuellement avec ces antigènes viraux optimisés pour développer la plate-forme de capteurs électrochimiques de sérologie multiplexée.
Remarques importantes
Les scientifiques ont mené une série d’expériences pour valider la puissance diagnostique et la précision de la plate-forme de capteurs électrochimiques multiplexés.
L’ARN extrait de 19 échantillons de salive de patients infectés par le SRAS-CoV-2 a été utilisé pour le test basé sur CRISPR/Cas. Comme témoins, l’ARN a été extrait de onze échantillons de salive RT-PCR-négatifs. Les résultats ont révélé que la plate-forme basée sur CRISPR/Cas détecte l’ARN viral avec une précision de 100 % et qu’il existe une corrélation significative entre la détection de l’ARN viral basée sur CRISPR/Cas et la RT-PCR.
De même, le test de 58 échantillons de plasma positifs pour le virus et de 54 échantillons de plasma négatifs pour le virus à l’aide de la plate-forme de capteur électrochimique sérologique a montré une sensibilité et une spécificité de 100 % contre les anticorps anti-SARS-CoV-2 spécifiques aux IgG et une spécificité de 94 % et une sensibilité de 82 % pour Anticorps anti-SARS-CoV-2 spécifiques aux IgM. La précision des tests était la plus élevée pour les anticorps anti-spike RBD, suivis des anticorps anti-nucléocapside et anti-S1.
Validation du dosage multiplexé basé sur CRISPR et du dosage sérologique
Les scientifiques ont modifié chaque électrode avec l’un des trois antigènes testés pour détecter simultanément l’ARN viral et les anticorps dans une seule puce. Ils ont mené des expériences de validation en utilisant des échantillons de salive cliniques car il s’agit d’une riche source d’ARN viral et d’anticorps antiviraux de l’hôte.
Ils ont enrichi les échantillons de salive inactivés par la chaleur avec des échantillons de plasma infectés par le SRAS-CoV-2 pour stimuler le rapport des anticorps IgG de la salive par rapport au sérum humain. Ensuite, ils ont divisé chaque échantillon de salive dopé au plasma en deux portions pour la détection simultanée de l’ARN viral et des anticorps antiviraux.
Les résultats ont révélé qu’une seule puce de capteur électrochimique avec plusieurs électrodes a une sensibilité et une spécificité de 100 % pour détecter l’ARN viral et les anticorps de l’hôte dans un court laps de temps (30 minutes). De plus, la plate-forme nécessitait un très faible volume d’échantillon pour la lecture.
Importance de l’étude
L’étude décrit le développement et la validation d’une plate-forme de capteurs électrochimiques polyvalente et rentable qui combine la détection d’ARN viral basée sur CRISPR et la détection d’anticorps hôte basée sur un test sérologique. Les performances diagnostiques de la plateforme sont équivalentes aux méthodes conventionnelles en laboratoire.
*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.
