Des recherches récentes ont réalisé des progrès significatifs dans les technologies acoustofluidiques pour une isolation efficace et une détection spécifique aux biomarqueurs des petites vésicules extracellulaires (sEV). Néanmoins, l’analyse rapide et à haute sensibilité d’échantillons cliniques de faible volume reste difficile, nécessitant souvent un prétraitement en plusieurs étapes et une instrumentation volumineuse. En intégrant des microstructures pointues à des vortex induits acoustiquement, nous permettons une concentration sélective en fonction de la taille de complexes liés à la cible pour une lecture immédiate de la fluorescence. « La puce acoustofluidique exploite le streaming acoustique localisé pour séparer spatialement les conjugués microbilles-sEV des nanoparticules non liées, obtenant ainsi une amélioration du signal 6 fois supérieure pour les sEV EGFR-positifs en seulement 20 minutes », a expliqué l'auteur de l'étude Tony Jun Huang. La plate-forme combine (a) des microbilles fonctionnalisées par des anticorps pour la capture spécifique du sEV, (b) des vortex acoustiques induits par des bords tranchants pour concentrer les complexes billes-sEV, et (c) la quantification de la fluorescence sur puce par microscopie. « Cette solution intégrée offre une alternative portable et peu coûteuse au Western blot, éliminant les prétraitements complexes lors du traitement d'échantillons aussi petits que 50 µl », ont souligné les auteurs. Ainsi, ils ont développé un dispositif acoustofluidique comprenant un microcanal PDMS avec des structures intégrées à bords tranchants, activé par un buzzer piézoélectrique pour générer une dynamique des fluides contrôlée pour une isolation et une détection ciblées du sEV.
Les dispositifs acoustofluidiques exploitent l'interaction entre les ondes sonores et les microstructures pour manipuler les particules. Les géométries pointues amplifient les vitesses de diffusion acoustique localisées, créant des vortex qui piègent les grosses particules (> 1 µm) tout en permettant aux nanoparticules (< 400 nm) de circuler librement. "La synergie entre la force de rayonnement acoustique (centripète) et la force de traînée (tangentielle) permet un piégeage stable des agrégats de billes-sEV au niveau des centres de vortex", démontrées par les simulations COMSOL (Fig. 2F). Lorsqu'elles sont activées (90 Vpp, 4 kHz), les billes de 5 µm se concentrent rapidement aux extrémités de la microstructure en 120 s, tandis que les nanoparticules de 400 nm restent dispersées et validées via une imagerie de fluorescence en temps réel (Fig. 3). Ce piégeage sélectif en fonction de la taille constitue la base de la détection spécifique du sEV.
Pour valider l'utilité clinique, les sEV positifs pour l'EGFR provenant de cellules HeLa ont été capturés à l'aide de billes recouvertes d'anti-EGFR et chargés dans le dispositif. L'enrichissement acoustofluidique a donné un rapport d'intensité de fluorescence (FIR) de 6,00 ± 0,46, significativement plus élevé que les contrôles négatifs pour l'EGFR (1,01 ± 0,03, P = 0,010) (Fig. 5D). La spécificité a été confirmée à l’aide de billes anti-CD63 (contrôle positif) et de billes IgG (contrôle négatif). « La conception modulaire de la plateforme permet de changer de biomarqueur en modifiant simplement les anticorps de la surface des billes », permettant une détection adaptable de diverses sous-populations de sEV. Comparé au Western blot (plus de 5 heures), le dispositif réduit le temps de manipulation à 20 minutes tout en conservant une spécificité élevée (Fig. 5F). Cependant, les limitations actuelles incluent une uniformité sous-optimale du signal entre les pointes de la microstructure et une capacité de multiplexage limitée. Les travaux futurs se concentreront sur les canaux parallélisés pour l’analyse simultanée de plusieurs marqueurs et l’intégration avec le profilage moléculaire en aval. Collectivement, cette technologie acoustofluidique offre un outil transformateur pour les diagnostics basés sur le sEV au point d'intervention, faisant progresser les applications de biopsie liquide dans le domaine du cancer et de la surveillance de la santé des organes.
Les auteurs de l'article incluent Jessica F. Liu, Jianping Xia, Joseph Rich, Shuaiguo Zhao, Kaichun Yang, Brandon Lu, Ying Chen, Tiffany Wen Ye et Tony Jun Huang.
Ce travail a été soutenu financièrement par les National Institutes of Health (subventions n° R01GM132603, R01GM141055 et R01GM135486), la National Science Foundation (CMMI-2104295), la National Science Foundation Graduate Research Fellowship (2139754) et le Shared Materials Instrumentation Facility (SMIF) de l'Université Duke.
