L’injection microfluidique portable sans équipement fournit une lecture visible de la détection du SARS-CoV-2

Depuis fin 2019, la pandémie de la maladie à coronavirus (COVID-19) a fait des ravages sur la santé publique et l’économie mondiale, avec environ 265 millions de cas confirmés et un nombre de morts de plus de 5,25 millions à ce jour.

Le COVID-19 est causé par une infection par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), qui peut provoquer une insuffisance pulmonaire grave et, dans le pire des cas, la mort. Par conséquent, l’identification précoce des personnes infectées est essentielle pour empêcher la propagation du COVID-19.

Actuellement, les tests SARS-CoV-2 peuvent être effectués en utilisant une variété de concepts moléculaires, chacun ayant ses limites. La transcription inverse-amplification en chaîne par polymérase/amplification en chaîne par polymérase quantitative (RT-PCR/qPCR) détecte les acides nucléiques viraux dans les tests d’acides nucléiques (NA), souvent appelés tests moléculaires. Il est largement considéré comme l’étalon-or pour les tests SARS-CoV-2 et est couramment utilisé pour diagnostiquer le COVID-19. D’un autre côté, les tests NA prennent généralement beaucoup de temps et de main-d’œuvre, et leur instrument de soutien peut ne pas être facilement disponible dans les endroits pauvres ou à faibles ressources.

En revanche, les tests sérologiques d’anticorps détectent les anticorps produits par le système immunitaire en réponse aux infections virales. La cinétique de création d’anticorps dans l’organisme, qui peut prendre jusqu’à une semaine pour atteindre une concentration mesurable, limite ces tests.

Les immunoessais microfluidiques avec des aptamères prégreffés ont également été fréquemment utilisés pour détecter des biomarqueurs en raison de leur grande sensibilité. Cependant, sa capacité à effectuer une analyse précise repose sur l’hypothèse d’un écoulement latéral à faible débit et d’un contrôle de débit ou de pression difficile. En conséquence, le dosage immunologique microfluidique traditionnel ne pouvait pas répondre aux exigences de la détection rapide de l’antigène COVID-19.

De plus, cette méthode nécessite toujours une manipulation experte ainsi que des dispositifs sophistiqués tels que des pompes à débit et des lecteurs de signaux biochimiques, qui sont souvent indisponibles dans les endroits pauvres ou à faibles ressources.

Le coût et les difficultés d’effectuer des tests massivement parallèles sont en outre accrus par une forte dépendance aux instruments. Par conséquent, il est essentiel de créer une technologie rapide, à haut débit, précise et indépendante des instruments pour détecter le SARS-CoV-2.

Cette étude est disponible dans la revue Petit.

L’étude

Dans cet article, un groupe de chercheurs de la Harvard Medical School, de l’Université McGill et de l’Université de Tianjin décrit une technologie de diagnostic sur puce pour la détection directe de la protéine SARS-CoV-2 N dans des échantillons nasaux qui combine les avantages de la filtration microfluidique hydrodynamique et dosage immunologique en sandwich.

À la suite d’une méthode ELISA en sandwich, 22 anticorps monoclonaux commerciaux contre la protéine SARS-CoV-2 spike (S) ou nucléocapside (N) ont été évalués pour la sensibilité et la spécificité.

Le test microfluidique avait une sensibilité de 95,4 % et une spécificité de 100 %, surpassant tous les tests de lecture visibles actuellement connus pour la détection d’échantillons nasaux ainsi que plusieurs tests de lecture dépendant de l’instrument.

Cette amélioration était due au fait que la puce gérait un volume d’échantillon sensiblement plus élevé (1 ml) et utilisait une filtration hydrodynamique rapide pour capturer et enrichir des traces d’antigènes plutôt qu’une accumulation spontanée progressive sur un substrat à flux latéral.

À la suite de ces variations, le contraste des couleurs a été amélioré et les erreurs de mesure ont été minimisées. Étant donné que la sensibilité du test était dépendante du seuil de cycle (Ct-), une analyse plus poussée des données a révélé une forte corrélation entre le test et l’approche qPCR. Le test avait une sensibilité élevée de 100 % pour les échantillons avec Ct 20, et une sensibilité réduite de 87,5 % mais acceptable pour les échantillons avec des valeurs de Ct plus élevées, ce qui correspond à la découverte des auteurs selon laquelle le dosage des particules virales est dose-dépendant.

Il y avait 21 participants symptomatiques auto-déclarés et 61 participants asymptomatiques dans l’étude. D’après les résultats de la qPCR, certains individus symptomatiques n’étaient pas infectés.

Le test sur puce était très cohérent avec la qPCR, sans faux positifs parmi ces individus symptomatiques PCR-négatifs. La précision de détection des infections asymptomatiques est un indicateur important pour évaluer une méthode de test clinique.

Le test sur puce avait une sensibilité et un % de spécificité de 95,7% chez 61 personnes asymptomatiques, indiquant que la sensibilité et la spécificité sont comparables chez les personnes symptomatiques et asymptomatiques. Pris dans son ensemble, le test microfluidique a démontré une sensibilité adéquate et une spécificité élevée.

Implications

Les auteurs présentent une plate-forme de test microfluidique simple, rentable et rapide pour détecter les antigènes du SRAS-CoV-2 dans cette étude. Dans les essais cliniques, le kit de test microfluidique a surpassé le virus général du SRAS-CoV-2 et ses variantes. Les auteurs anticipent d’autres avancées technologiques avec cette plate-forme microfluidique : 1) criblage d’anticorps de haute affinité pour les nouvelles variantes du SARS-CoV-2 ; 2) passer des anticorps de détection à d’autres diagnostics de virus ; 3) développer des plates-formes microfluidiques multiplexes pour capturer simultanément différents agents pathogènes ou biomarqueurs en conjuguant plusieurs anticorps ou en ciblant des ligands sur des microbilles et nanobilles, et 4) améliorer le contrôle qualité et les pratiques de fabrication pour la production de masse afin de répondre à la future augmentation de la demande de tests. On pense qu’en raison de sa sensibilité élevée et de son potentiel de commercialisation, ce kit de test microfluidique est idéal pour les tests SARS-CoV-2 dans les zones rurales où les équipements et les ressources de laboratoire sont rares.