Des ingénieurs du MIT et de l’Université Harvard ont conçu un petit appareil de table capable de détecter le SRAS-CoV-2 à partir d’un échantillon de salive en environ une heure. Dans une nouvelle étude, ils ont montré que le diagnostic est tout aussi précis que les tests PCR actuellement utilisés.
L’appareil peut également être utilisé pour détecter des mutations virales spécifiques liées à certaines des variantes du SRAS-CoV-2 qui circulent actuellement. Ce résultat peut également être obtenu en une heure, ce qui facilite potentiellement le suivi des différentes variantes du virus, en particulier dans les régions qui n’ont pas accès aux installations de séquençage génétique.
Nous avons démontré que notre plateforme peut être programmée pour détecter de nouvelles variantes qui émergent, et que nous pouvions la réutiliser assez rapidement. Dans cette étude, nous avons ciblé les variantes britannique, sud-africaine et brésilienne, mais vous pouvez facilement adapter la plate-forme de diagnostic pour traiter la variante Delta et d’autres qui émergent. »
James Collins, professeur Termeer de génie médical et de sciences à l’Institute for Medical Engineering and Science (IMES) et au département de génie biologique du MIT
Le nouveau diagnostic, qui repose sur la technologie CRISPR, peut être assemblé pour environ 15 $, mais ces coûts pourraient baisser considérablement si les appareils étaient produits à grande échelle, selon les chercheurs.
Collins est l’auteur principal de la nouvelle étude, qui paraît aujourd’hui dans Avancées scientifiques. Les auteurs principaux de l’article sont Helena de Puig, postdoctorante au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université Harvard ; Rose Lee, enseignante en pédiatrie au Boston Children’s Hospital et au Beth Israel Deaconess Medical Center et chercheur invité au Wyss Institute ; Devora Najjar, étudiante diplômée au Media Lab du MIT ; et Xiao Tan, chercheur clinique au Wyss Institute et instructeur en gastro-entérologie au Massachusetts General Hospital.
Un diagnostic autonome
Le nouveau diagnostic est basé sur SHERLOCK, un outil basé sur CRISPR que Collins et d’autres ont signalé pour la première fois en 2017. Les composants du système comprennent un brin de guidage d’ARN qui permet la détection de séquences d’ARN cibles spécifiques, et des enzymes Cas qui clivent ces séquences et produisent un signal fluorescent. Tous ces composants moléculaires peuvent être lyophilisés pour un stockage à long terme et réactivés lors d’une exposition à l’eau.
L’année dernière, le laboratoire de Collins a commencé à travailler sur l’adaptation de cette technologie pour détecter le virus SARS-CoV-2, espérant pouvoir concevoir un appareil de diagnostic qui pourrait donner des résultats rapides et fonctionner avec peu ou pas d’expertise. Ils voulaient également qu’il fonctionne avec des échantillons de salive, ce qui le rend encore plus facile pour les utilisateurs.
Pour y parvenir, les chercheurs ont dû intégrer une étape critique de prétraitement qui désactive les enzymes appelées nucléases salivaires, qui détruisent les acides nucléiques tels que l’ARN. Une fois l’échantillon entré dans l’appareil, les nucléases sont inactivées par la chaleur et deux réactifs chimiques. Ensuite, l’ARN viral est extrait et concentré en faisant passer la salive à travers une membrane.
« Cette membrane était essentielle pour collecter les acides nucléiques et les concentrer afin que nous puissions obtenir la sensibilité que nous montrons avec ce diagnostic », a déclaré Lee.
Cet échantillon d’ARN est ensuite exposé à des composants CRISPR/Cas lyophilisés, qui sont activés par perforation automatisée de sachets d’eau scellés dans l’appareil. La réaction en un seul pot amplifie l’échantillon d’ARN, puis détecte la séquence d’ARN cible, si elle est présente.
« Notre objectif était de créer un diagnostic entièrement autonome qui ne nécessite aucun autre équipement », explique Tan. « Essentiellement, le patient crache dans cet appareil, puis vous appuyez sur un piston et vous obtenez une réponse une heure plus tard. »
Les chercheurs ont conçu le dispositif, qu’ils appellent SHERLOCK à instrumentation minimale (miSHERLOCK), de sorte qu’il puisse avoir jusqu’à quatre modules qui recherchent chacun une séquence d’ARN cible différente. Le module d’origine contient des brins de guidage d’ARN qui détectent toute souche de SARS-CoV-2. D’autres modules sont spécifiques aux mutations associées à certaines des variantes apparues au cours de la dernière année, notamment B.1.1.7, P.1 et B.1.351.
La variante Delta n’était pas encore répandue lorsque les chercheurs ont réalisé cette étude, mais comme le système est déjà construit, ils disent qu’il devrait être simple de concevoir un nouveau module pour détecter cette variante. Le système pourrait également être facilement programmé pour surveiller les nouvelles mutations qui pourraient rendre le virus plus infectieux.
« Si vous voulez faire plus d’une vaste enquête épidémiologique, vous pouvez concevoir des tests avant qu’une mutation préoccupante n’apparaisse dans une population, pour surveiller les mutations potentiellement dangereuses dans la protéine de pointe », explique Najjar.
Variantes de suivi
Les chercheurs ont d’abord testé leur appareil avec de la salive humaine enrichie de séquences d’ARN synthétiques du SRAS-CoV-2, puis avec environ 50 échantillons de patients qui avaient été testés positifs pour le virus. Ils ont constaté que l’appareil était tout aussi précis que les tests PCR de référence actuellement utilisés, qui nécessitent des écouvillonnages nasaux et prennent plus de temps et beaucoup plus de matériel et de manipulation d’échantillons pour donner des résultats.
L’appareil produit une lecture fluorescente visible à l’œil nu, et les chercheurs ont également conçu une application pour smartphone capable de lire les résultats et de les envoyer aux services de santé publique pour un suivi plus facile.
Les chercheurs pensent que leur appareil pourrait être produit à un coût aussi bas que 2 à 3 $ par appareil. S’ils sont approuvés par la FDA et fabriqués à grande échelle, ils envisagent que ce type de diagnostic pourrait être utile soit pour les personnes qui souhaitent pouvoir effectuer des tests à domicile, soit dans les centres de santé situés dans des zones sans accès généralisé aux tests PCR ou au séquençage génétique. des variantes du SRAS-CoV-2.
« La capacité de détecter et de suivre ces variantes est essentielle à une santé publique efficace, mais malheureusement, les variantes ne sont actuellement diagnostiquées que par séquençage des acides nucléiques dans des centres épidémiologiques spécialisés qui sont rares même dans les pays riches en ressources », a déclaré de Puig.
