Les chercheurs généraux de Masse Brigham brillent une nouvelle lumière puissante dans l'obscurité virale avec le développement d'un capteur basé sur la cascade de luminescence (LUCAS), un outil de diagnostic rapide, portable et hautement sensible pour le traitement des échantillons biologiques complexes. Comparé à ses prédécesseurs diagnostiques, Lucas crée des signaux de bioluminescence plus forts de 500 fois plus forts et plus longs, sur les défis de longue date auxquels sont confrontés les diagnostics de point de service. Leur étude publiée aujourd'hui dans Génie biomédical de la nature.
Développer des diagnostics efficaces est incroyablement difficile, surtout lorsque vous pensez à la taille des particules de maladie infectieuse et aux fluides biologiques compliqués dans lesquels nous essayons de les identifier. Trouver une particule séropositive dans un échantillon de sang humain, c'est comme trouver un cube de glace dans une piscine olympique remplie de gelée tout en étant les yeux bandés. Avec sa nouvelle approche en cascade enzymatique, Lucas marque un bond en avant pour détecter les virus dans ces échantillons biologiques complexes. «
Hadi Shafiee, PhD, auteur principal, membre du corps professoral, Division de l'ingénierie en médecine et division rénale de médecine à Brigham and Women's Hospital
Les diagnostics de point de service sont devenus des outils essentiels dans de nombreux ménages, car les gens mesurent leur glycémie, font des tests de grossesse et effectuent même leurs propres tests Covid-19. Ces diagnostics, qui permettent aux gens de renoncer à des tests de laboratoire fastidieux et coûteux, sont importants pour la détection, le traitement et la surveillance des maladies. Pourtant, les diagnostics actuels peuvent échouer, avec des défauts comme l'inexactitude et une mauvaise sensibilité. La bioluminescence a le potentiel de soulager les lacunes communes vécues par d'autres méthodes, comme le bruit de fond, les faux positifs, le photoblanchiment et la phototoxicité.
La bioluminescence utilise la même enzyme naturelle qui fait briller les lucioles pour éclairer les échantillons biologiques pour l'imagerie. L'enzyme, la luciférase, est ajoutée à un échantillon pour trouver et signaler les particules virales. Ensuite, des molécules de luciférine sont introduites à cet échantillon, provoquant une réaction de luciférase qui crée une rafale de lumière. Mais cette réaction produit un signal léger à la fois faible et à courte durée.
Shafiee et l'équipe ont développé une cascade de signal enzymatique unique pour renforcer et prolonger les signaux de bioluminescence. Ils introduisent une autre enzyme à l'équation, appelée bêta-galactosidase, qui colle à la luciférine et la libère en continu, plutôt que de permettre à la luciférine de flotter librement dans l'échantillon pour des réactions à un et à due. Cette étape supplémentaire signifie plus de luciférine, plus de réactions de luciférase et plus de bioluminescence. En fait, cette étape a permis à Lucas d'être 515 fois plus bioluminescent que les systèmes non Lucas, et les signaux Lucas ont maintenu une force de 96% après une heure.
Pour évaluer l'efficacité de Lucas, l'équipe a utilisé 177 échantillons de patients à pointes viraux et 130 échantillons de sérum à pointes viraux infectés par SAR-COV-2, VIH, VHB ou HCV. Des échantillons de patients SARS-COV-2 ont été prélevés via l'écouvillon nasopharyngéal, tandis que les échantillons du VIH, du VHB et du VHC ont été prélevés par prélèvement sanguin. Lucas a fourni des réponses diagnostiques en 23 minutes et avec une précision moyenne dans tous les agents pathogènes de plus de 94%.
Les chercheurs ont conçu Lucas pour être à la fois portable et facile à utiliser afin qu'il puisse être une option pour les environnements de point de service à haute et à faible ressource. Dans une prochaine étape, l'équipe testera l'efficacité de Lucas dans d'autres fluides biologiques et si la méthode peut identifier plus d'un pathogène à la fois. Shafiee note également que l'identification des biomarqueurs pour de nombreuses maladies, y compris la maladie d'Alzheimer, est un espace en évolution rapide, donc avoir un outil comme Lucas prêt à aller car de nouveaux biomarqueurs émergent pourraient s'avérer percutants dans les années à venir.
« Nous voulons toujours détecter les infections et les maladies le plus tôt possible, car cela peut faire toute la différence en ce qui concerne les soins et les résultats à long terme », a déclaré le premier auteur Sungwan Kim, PhD, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Shafiee au Brigham. « En nous concentrant sur le développement d'outils de diagnostic qui sont sensibles, précis et accessibles, nous voulons faciliter la détection précoce qu'il ne l'a jamais été et faire des soins personnalisés dans une nouvelle ère. »
