L’émergence de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a littéralement changé la façon dont nous menons nos vies. La propagation rapide du syndrome respiratoire aigu sévère-coronavirus-2 (SRAS-CoV-2) exige un diagnostic précis et à grande échelle pour empêcher la transmission de ce virus.
Mais il y a une rareté des tests de diagnostic rapide ainsi que l’inaccessibilité des techniques instrumentales avancées à tous les centres de diagnostic, en particulier les plus éloignés. Cette lacune majeure contribue à une plus grande propagation du virus suivie d’une augmentation du taux de mortalité.
La motivation principale de notre travail était de développer une solution traduisible pour ce problème qui peut identifier les cas positifs au COVID-19 éventuellement en quelques minutes sans accès à aucune des techniques instrumentales avancées.
Sommaire
Veuillez décrire le capteur que vous avez développé. Comment avez-vous développé ce capteur et comment détecte-t-il le COVID-19?
Ceci est un test moléculaire. Nous avons découvert de nouvelles molécules capables de se lier au matériel génétique viral avec une spécificité élevée. Nous appliquons ces molécules en combinaison avec des nanoparticules en or. Ces matériaux sont déposés sur un substrat à base de papier contenant du graphène hautement conducteur.
En raison de la conductivité élevée de l’or et du graphène, cette plate-forme devient ultrasensible pour détecter les changements dans les signaux électriques. Lorsque le matériel génétique viral subit une hybridation avec les sondes moléculaires, il provoque une modification de la réponse électrique du capteur.
Ce processus accélère le transfert d’électrons et, lorsqu’il est réparti sur la plate-forme de détection, entraîne une augmentation du signal de sortie et indique la présence du virus.
Abstrait. Crédit d’image: ACS Nano 2020
Comment avez-vous testé le capteur?
Le capteur a passé une validation approfondie en laboratoire à l’aide de l’ARN viral COVID-19. Une fois que cela a été réalisé, la validation clinique a été effectuée avec des échantillons d’écouvillons nasopharyngés humains prélevés sur des patients positifs au COVID-19.
Quelles méthodes actuelles de test COVID-19 sont disponibles?
À l’heure actuelle, le COVID-19 est diagnostiqué par quatre des principales techniques: (1) réaction en chaîne par polymérase à transcription inverse (RT-PCR) et séquençage génique; (2) un test sérologique / immunologique à base d’anticorps et (3) une tomodensitométrie thoracique (CT) et (4) des techniques basées sur l’antigène.
Cependant, l’accès insuffisant aux techniques instrumentales avancées ne permet souvent pas de signaler les cas positifs de COVID-19 lors de sa présentation initiale, ce qui conduit à la propagation de cette maladie infectieuse à une communauté plus large. Plusieurs rapports indiquent que les tests basés sur l’antigène peuvent conduire à des résultats erronés.
Test de RT-PCR COVID-19. Crédit d’image: anyaivanova / Shutterstock.com
Pourquoi ce capteur est-il si avantageux et comment pourrait-il changer le cours de la pandémie mondiale?
Faire effectuer un test moléculaire à un point de service n’est pas une tâche insignifiante. Nos résultats indiquent que nous pouvons atteindre une sensibilité, une spécificité et des limites de détection remarquables. En fait, nous pouvons détecter ~ 6 copies virales / microlitre dans des échantillons prélevés sur des patients positifs au COVID-19.
De plus, l’avantage de cette technologie est que nous n’avons pas besoin d’étape d’amplification supplémentaire pour atteindre une sensibilité aussi remarquable. Ceci est essentiel car l’étape d’amplification est souvent réalisée à des températures élevées. L’exigence d’une température élevée rend difficile en pratique la traduction de tout test de diagnostic moléculaire impliquant une étape de chauffage.
Notre technologie est dépourvue d’étape de chauffage par amplification et génère des résultats en quelques minutes. La simplicité remarquable et le temps de réponse rapide de l’échantillon au temps de réponse rendent cette technologie avantageuse.
Votre recherche pourrait-elle s’appliquer à d’autres maladies?
Oui. Nous avons développé une technologie de plate-forme qui peut être appliquée pour détecter de nombreuses autres maladies en échangeant le motif chimique responsable de la liaison au matériel génétique cible.
Nous avons démontré que notre invention peut être appliquée avec succès à d’autres maladies infectieuses d’origine bactérienne et virale.
Quand ce capteur pourrait-il devenir largement accessible et quelles sont les prochaines étapes de votre recherche?
Mon équipe qui comprenait l’expertise multidisciplinaire du Dr Parikshit Moitra (un chimiste biologique et une faculté junior dans mon laboratoire), Mme Maha Alafeef (une étudiante de troisième année en bio-ingénierie) et M. Ketan Dighe (un ingénieur électricien et un Research Fellow) travaille sans relâche pour développer un prototype.
Nous avons accordé avec succès une licence à notre plateforme plasmonique à une entreprise. Actuellement, ce test est en cours d’élaboration pour la commercialisation. Nous prévoyons que la technologie plasmonique pourra être mise sur le marché très rapidement.
La société cherche également à obtenir l’approbation de la FDA pour une autorisation d’utilisation d’urgence (EUA). Pour l’approche électrochimique, nous avons des discussions préliminaires avec plusieurs entreprises intéressées.
Crédit d’image: Corona Borealis Studio / Shutterstock.com
Où les lecteurs peuvent-ils trouver plus d’informations?
A propos du professeur Dipanjan Pan
Le professeur Dipanjan Pan, MS, Ph.D., est un expert renommé en nanomédecine, en imagerie moléculaire, en administration de médicaments et en biodétection. Il est actuellement professeur titulaire en radiologie diagnostique et médecine nucléaire, en pédiatrie et en génie chimique, biochimique et environnemental à la faculté de médecine de l’Université du Maryland à Baltimore et à l’Université du comté de Baltimore du Maryland.
Avant de déménager dans le Maryland, il était professeur agrégé permanent et chef associé du département de bio-ingénierie et de science et génie des matériaux et de l’Institut de durabilité de l’énergie et de l’environnement à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Il dirige administrativement le noyau de nanofabrication et de caractérisation au CBOTH et un directeur des ressources de conception de sondes expérimentales en radiologie.
Le laboratoire du professeur Pan fusionne de manière unique la chimie fondamentale, la biologie et l’ingénierie pour apporter une solution aux problèmes de santé d’aujourd’hui. Au fil des ans, cette recherche a abouti à plus de 200 publications évaluées par des pairs à fort impact dans des revues scientifiques, de nombreux résumés de conférences et a été soutenue par un financement externe de plusieurs millions de dollars du NIH, de la NSF, du DoD, de l’American Heart Association et d’autres sources de financement fondamentales.
Le professeur Pan a édité et co-écrit deux livres publiés par Taylor et François (Nanomedicine: A Soft Matter Perspective, ISBN-13: 978-1466572829) et Springer (Personalized Medicine with a Nanochemistry Twist: Nanomedicine (Topics in Medicinal Chemistry, ISBN- 13: 978-3319335445). Il est titulaire de plusieurs brevets (> 30 brevets et demandes délivrés aux États-Unis), de nombreuses divulgations d’invention et de plusieurs essais cliniques en cours. Il est le fondateur de trois start-up universitaires. Il est le PDG / président de une start-up biotechnologique Vitruvian Bio, dédiée au développement de nouvelles thérapies guidées par l’image, il a cofondé InnSight Technologies dédié au développement de solutions de biocapteur de nouvelle génération pour les maladies oculaires.
Son autre société KaloCyte, Inc, qu’il a cofondée avec ses collaborateurs cliniques, développe une carrière d’oxygène artificiel. Il agit en tant que directeur de la technologie pour toutes les retombées de son laboratoire. Sa technologie a été licenciée pour le développement commercial à plusieurs reprises. Il est membre du comité de révision de la section d’étude du NIH, du CDMRP (DoD), de la NSF et membre du comité de révision multiple de l’American Heart Association.
En 2016, il a reçu le prix du chercheur Nanomaterials Letter (NML), en 2017 un Young Innovator Award de la Biomedical Engineering Society (BMES) et un Deans Award for Research Excellence en 2018. Il est membre élu de la Royal Society of Chemistry. de l’American Heart Association et membre élu de l’American College of Cardiology.
Le professeur Pan est rédacteur en chef adjoint pour WIRES Nanomedicine and Nanobiotechnology, et membre du comité consultatif de rédaction de Molecular Pharmaceutics (ACS).
