Une équipe d’ingénieurs et de biotechnologues de l’Université de Fribourg a montré pour la première fois chez des mammifères que la concentration d’antibiotiques dans le corps peut être déterminée à l’aide d’échantillons d’haleine. Les mesures respiratoires correspondaient également aux concentrations d’antibiotiques dans le sang. Le biocapteur de l’équipe – une puce multiplex qui permet la mesure simultanée de plusieurs échantillons et substances à tester – permettra à l’avenir un dosage personnalisé de médicaments contre les maladies infectieuses sur site et contribuera à minimiser le développement de souches bactériennes résistantes.
Le capteur développé par le groupe de recherche dirigé par le Dr Can Dincer et H. Ceren Ates, FIT Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Technologies, et le Prof. Dr. Wilfried Weber, professeur de biologie synthétique et membre de l’équipe de conférenciers à le Pôle d’Excellence CIBSS – Centre d’Etudes Intégratives de la Signalisation Biologique, est basé sur des protéines de synthèse qui réagissent aux antibiotiques et génèrent ainsi un changement de courant. Les résultats des chercheurs sont maintenant publiés dans la revue Matériaux avancés.
Auparavant, les chercheurs ne pouvaient détecter que des traces d’antibiotiques dans l’haleine
Les chercheurs ont testé le biocapteur sur des échantillons de sang, de plasma, d’urine, de salive et d’haleine de porcs ayant reçu des antibiotiques. Ils ont pu montrer que le résultat obtenu avec les biocapteurs dans le plasma des porcs était aussi précis que le processus standard de laboratoire médical. Auparavant, la mesure des niveaux d’antibiotiques dans les échantillons d’haleine expirée n’était pas possible.
Jusqu’à présent, les chercheurs ne pouvaient détecter que des traces d’antibiotiques dans l’haleine. Avec nos protéines synthétiques sur une puce microfluidique, nous pouvons déterminer les plus petites concentrations dans le condensat respiratoire et elles sont en corrélation avec les valeurs sanguines. »
Dr Can Dincer, Centre FIT Freiburg pour les matériaux interactifs et les technologies bioinspirées
Le capteur aidera à maintenir le niveau d’antibiotique stable chez les personnes gravement malades
Les médecins doivent maintenir le niveau d’antibiotiques dans une fourchette thérapeutique personnalisée pour les patients souffrant d’infections sévères, au risque de menaces telles que la septicémie et la défaillance d’organes ou même la mort du patient. Une mauvaise administration d’antibiotiques pourrait permettre aux bactéries de muter et les médicaments n’agissent plus : ils deviennent résistants. « Une surveillance rapide des niveaux d’antibiotiques serait un énorme avantage à l’hôpital », explique Ates, « il pourrait être possible d’adapter la méthode à un masque facial conventionnel. » Dans un autre projet de l’Université de Fribourg, Dincer développe des capteurs en papier portables pour la mesure continue des biomarqueurs de l’air expiré. Des essais cliniques pour valider le biocapteur antibiotique en testant le système avec des échantillons humains sont prévus.
Protéines bactériennes comme capteur
Le biocapteur microfluidique contient des protéines capables de reconnaître les antibiotiques bêta-lactamines tels que la pénicilline, fixées sur un film polymère. L’antibiotique d’intérêt dans l’échantillon et une bêta-lactamine couplée à une enzyme sont en compétition pour lier ces protéines bactériennes. Cette compétition génère un changement de courant – comme dans une batterie : plus il y a d’antibiotique dans l’échantillon, moins le produit enzymatique se développe, ce qui conduit à un courant mesurable plus faible. Le processus est basé sur une protéine réceptrice naturelle que les bactéries résistantes utilisent pour détecter les antibiotiques qui les menacent. « On pourrait dire que nous battons les bactéries à leur propre jeu », dit Weber à propos du processus développé par son groupe.
