Des chercheurs de l'Arizona State University ont développé un outil de diagnostic révolutionnaire qui pourrait transformer la rapidité et la rapidité avec laquelle nous détectons les maladies comme Covid-19, Ebola, SIDA ou Lyme. Le test utilise une seule goutte de sang, coûte quelques dollars et ne donne que les résultats en seulement 15 minutes.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs montrent que le test peut détecter le virus qui provoque Covid-19 avec une précision ponctuelle, le distinguant clairement des autres infections.
Le nouveau dispositif de diagnostic, appelé NASRED (détection électronique rapide soutenue par des nanoparticules), est suffisamment simple et portable pour être utilisé presque partout – des cliniques rurales éloignées aux hôpitaux urbains animés. L'outil offre une précision de qualité de laboratoire sans équipement coûteux et ne nécessite pas de formation spécialisée, ce qui lui donne le potentiel pour devenir un changeur de jeu de santé publique.
Nous avons la vitesse et la facilité d'utilisation d'un test d'antigène rapide avec une sensibilité qui est encore mieux que les tests en laboratoire. Ceci est très difficile à réaliser. «
Chao Wang, auteur principal de l'étude, professeur agrégé, École d'ingénierie électrique, informatique et énergétique, Arizona State University
Wang est professeur agrégé au BioDesign Center for Molecular Design and Biomimétics. Il est rejoint par les chercheurs de l'ASU Yeji Choi, Seyedsina Mirjalili, Ashif Ikbal, Sean McClure, Maziyar Kalateh Mohammadi, Scott Clemens, Jose Solano, John Heggland, Tingting Zhang et Jiawei Zuo.
La recherche apparaît dans le numéro actuel de la revue Nano ACS.
Interrompre la propagation des maladies infectieuses
Les maladies infectieuses sont l'une des menaces les plus meurtrières de l'humanité, provoquant une immense souffrance et des dommages économiques dans le monde. Collectivement, les maladies infectieuses provoquent plus de 10 millions de morts dans le monde entier chaque année, Et ils sont la principale cause de décès dans les pays à faible revenu.
Selon une étude publiée dans BMJ Quality & Safety. Beaucoup de ces cas impliquent des infections ou des événements vasculaires qui auraient pu être traitables s'ils étaient capturés tôt.
Dans de nombreux pays à revenu faible et intermédiaire, l'accès à des tests de diagnostic fiables est limité ou inexistant. L'équipement coûteux, les pénuries de personnel qualifié et les temps de redressement longs contribuent tous à des diagnostics retardés ou manqués – souvent avec des conséquences mortelles.
Un test rapide, abordable et portable comme Nasred permettrait aux agents de santé de première ligne du monde entier de détecter les infections tôt et de répondre avant que les épidémies ne deviennent incontrôlables.
« Dans de nombreuses régions du monde, y compris les États-Unis, les maladies se propagent, mais les gens ne sont souvent pas testés – même pour quelque chose comme le VIH. Idéalement, vous voudriez les tester régulièrement, pour attraper les infections tôt », dit Wang. « Par exemple, les personnes qui utilisent des médicaments par injection sont plus à risque de VIH ou de VHC, mais ils peuvent vivre dans les rues et difficiles à atteindre. Si nous ne les testons pas de manière cohérente au fil du temps, nous pouvons manquer la chance d'intervenir – jusqu'à ce qu'ils développent de graves complications comme le cancer ou la maladie du foie, lorsqu'il est beaucoup plus difficile à traiter. »
Or diagnostique frappant
Au cœur du nouveau test se trouvent de minuscules nanoparticules d'or, conçues pour détecter des quantités extrêmement petites de protéines liées à la maladie. Les chercheurs recouvrent ces nanoparticules avec des molécules spéciales conçues pour détecter des maladies spécifiques.
Certaines nanoparticules portent des anticorps, de minuscules molécules qui agissent comme des aimants. Les anticorps collent aux protéines libérées par des virus ou des bactéries lorsqu'ils infectent le corps. D'autres nanoparticules portent des antigènes, Des fragments de protéines tirés directement des virus ou des bactéries eux-mêmes. Ceux-ci attirent naturellement des anticorps produits par le corps pour lutter contre les infections.
Une fois revêtus, ces nanoparticules sont combinées avec un petit échantillon de liquide corporel, comme une goutte de sang, de la salive ou du liquide nasal. Si une maladie est présente, la plupart des nanoparticules s'enfuiront au fond du tube. S'il n'y a pas de maladie, ils resteront en suspension dans tout le liquide.
Le dispositif nasré brille un petit faisceau de lumière LED à travers le liquide en haut du tube. L'équipe a construit un détecteur électronique personnalisé qui sent la quantité de lumière qui passe à travers le tube. Plus de lumière signifie que les nanoparticules ont coulé au fond, laissant le fluide supérieur plus clair, ce qui signifie que la maladie est présente.
Précis, accessible et abordable
L'appareil est si sensible qu'il peut détecter la maladie même lorsque seules quelques centaines de molécules sont présentes dans un petit échantillon fluide – juste une fraction d'une seule goutte. Il s'agit d'une concentration de près de 100 000 fois inférieure à ce que nécessitent les tests de laboratoire standard.
L'ajout à sa promesse est la portabilité et l'abordabilité de Nasred. Les normes d'or actuelles pour les tests, comme la PCR ou l'ELISA, nécessitent un équipement coûteux et des techniciens formés. Nasred est compact et convivial. Les chercheurs estiment que chaque test coûte 2 $, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des emplacements à faibles ressources ou éloignés.
Nasred a le potentiel de combler un écart diagnostique critique, en particulier pour les maladies difficiles à détecter tôt, comme l'hépatite C, le VIH ou la maladie de Lyme. Il est également prometteur pour les épidémies émergentes avec une faible prévalence mais un risque élevé. De telles maladies ne sont souvent pas diagnostiquées car la gestion d'un test de laboratoire pour un ou deux patients n'est pas rentable. Nasred comble ses écarts en offrant un test très sensible qui fonctionne immédiatement et économiquement au point de soins.
Bien que Nasred nécessite actuellement de petites machines de benchtop pour la filature et le mélange d'échantillons, les chercheurs travaillent à miniaturiser et à automatiser le processus. Avec un développement continu, la technologie pourrait un jour devenir un test à domicile pratique, similaire aux tests de Covid-19 rapides existants. Cependant, il aurait une sensibilité largement supérieure et des applications plus larges.
Saute significative en avant dans les diagnostics
Nasred dépasse considérablement les normes de diagnostic existantes. La nouvelle étude montre que Nasred est environ 3 000 fois plus sensible que ELISA, nécessite 16 fois moins de volume d'échantillon et fournit des résultats environ 30 fois plus rapides.
Une version antérieure de la technologie a détecté Ebola dans un petit échantillon de sang. « Pour la nouvelle technologie, nous avons poussé la sensibilité à la gamme attomolaire », explique Wang. C'est comme détecter une seule goutte d'encre dans 20 piscines olympiques.
La technologie est prometteuse de détecter les charges virales directement à partir de fluides corporels sans la préparation des échantillons compliquée utilisée dans les méthodes basées sur la PCR. Dans les tests préliminaires avec des particules de coronavirus réelles, Nasred a atteint des sensibilités comparables à Abbott ID maintenant, un test moléculaire populaire pour de nombreuses maladies telles que Covid-19.
« L'une des forces de notre capteur est qu'elle est très modulaire », explique Wang. « Les nanoparticules sont conçues pour que nous puissions facilement échanger dans différentes protéines, permettant à la même plate-forme d'être adaptée à de nombreuses maladies différentes. Nous avons déjà démontré cette approche dans nos recherches sur E. coli productrice de toxine Shiga, ainsi que les biomarqueurs du cancer, les protéines liées à l'Alzheimer, la maladie de la lyme et le rythme-rôti africain. » «
Wang a récemment reçu le Bay Area Lyme Foundation Emerging Leader Award et utilisera la sensibilité et la portabilité élevées de cette nouvelle technologie pour détecter l'infection précoce de Lyme.
À mesure que la technologie évolue, sa gamme d'applications peut s'étendre au-delà des maladies infectieuses. La détection précoce des cancers, la surveillance en temps réel des maladies chroniques et l'amélioration de la surveillance des menaces de santé publique sont toutes à portée de main.
