Des chercheurs de l'Université de Notre Dame ont mis au point un nouveau dispositif automatisé capable de diagnostiquer le glioblastome, un cancer du cerveau à croissance rapide et incurable, en moins d'une heure. Le patient atteint de glioblastome survit en moyenne 12 à 18 mois après le diagnostic.
Le cœur du diagnostic est une biopuce qui utilise la technologie électrocinétique pour détecter des biomarqueurs, ou récepteurs actifs du facteur de croissance épidermique (EGFR), qui sont surexprimés dans certains cancers comme le glioblastome et trouvés dans les vésicules extracellulaires.
Les vésicules extracellulaires ou exosomes sont des nanoparticules uniques sécrétées par les cellules. Elles sont de grande taille (10 à 50 fois plus grosses qu'une molécule) et possèdent une faible charge. Notre technologie a été spécialement conçue pour ces nanoparticules, en utilisant leurs caractéristiques à notre avantage. »
Hsueh-Chia Chang, auteur principal de l'étude et professeur Bayer en génie chimique et biomoléculaire, Université de Notre Dame
Le défi pour les chercheurs était double : développer un processus capable de distinguer les EGFR actifs et non actifs, et créer une technologie de diagnostic sensible mais sélective dans la détection des EGFR actifs sur les vésicules extracellulaires provenant d’échantillons de sang.
Pour ce faire, les chercheurs ont créé une biopuce qui utilise un capteur électrocinétique peu coûteux de la taille d'une bille de stylo à bille. En raison de la taille des vésicules extracellulaires, les anticorps présents sur le capteur peuvent former plusieurs liaisons avec la même vésicule extracellulaire. Cette méthode améliore considérablement la sensibilité et la sélectivité du diagnostic.
Les nanoparticules de silice synthétiques « signalent » ensuite la présence d’EGFR actifs sur les vésicules extracellulaires capturées, tout en apportant une charge négative élevée. Lorsque des vésicules extracellulaires avec des EGFR actifs sont présentes, un décalage de tension peut être observé, indiquant la présence d’un glioblastome chez le patient.
Cette stratégie de détection de charge minimise les interférences courantes dans les technologies de capteurs actuelles qui utilisent des réactions électrochimiques ou la fluorescence.
« Notre capteur électrocinétique nous permet de faire des choses que d’autres diagnostics ne peuvent pas faire », a déclaré Satyajyoti Senapati, professeur associé de recherche en génie chimique et biomoléculaire à Notre Dame et co-auteur de l’étude. « Nous pouvons charger directement le sang sans aucun prétraitement pour isoler les vésicules extracellulaires car notre capteur n’est pas affecté par d’autres particules ou molécules. Il présente un faible bruit et rend le nôtre plus sensible à la détection des maladies que d’autres technologies. »
Au total, le dispositif comprend trois parties : une interface d'automatisation, un prototype de machine portable qui administre les matériaux pour effectuer le test et la biopuce. Chaque test nécessite une nouvelle biopuce, mais l'interface d'automatisation et le prototype sont réutilisables.
Un test prend moins d'une heure et ne nécessite que 100 microlitres de sang. Chaque biopuce coûte moins de 2 dollars en matériaux à fabriquer.
Bien que ce dispositif de diagnostic ait été développé pour le glioblastome, les chercheurs affirment qu'il peut être adapté à d'autres types de nanoparticules biologiques. Cela ouvre la possibilité à la technologie de détecter un certain nombre de biomarqueurs différents pour d'autres maladies. Chang a déclaré que l'équipe explorait la technologie pour diagnostiquer le cancer du pancréas et potentiellement d'autres troubles tels que les maladies cardiovasculaires, la démence et l'épilepsie.
« Notre technique n'est pas spécifique au glioblastome, mais il était particulièrement pertinent de commencer par ce dernier en raison de sa mortalité et du manque de tests de dépistage précoce disponibles », a déclaré Chang. « Nous espérons que si la détection précoce est plus facile, les chances de survie seront plus élevées. »
Des échantillons de sang destinés à tester l'appareil ont été fournis par le Centre de recherche sur le cancer du cerveau de l'Institut de recherche sur le cancer Olivia Newton-John à Melbourne, en Australie.
Outre Chang et Senapati, les autres collaborateurs incluent les anciens postdoctorants de Notre Dame Nalin Maniya et Sonu Kumar ; Jeffrey Franklin, James Higginbotham et Robert Coffey de l'Université Vanderbilt ; et Andrew Scott et Hui Gan de l'Olivia Newton-John Cancer Research Institute et de l'Université La Trobe. L'étude a été financée par le National Institutes of Health Common Fund.
Chang et Senapati sont affiliés à l'Institut Berthiaume pour la santé de précision de Notre Dame, au Harper Cancer Research Institute et à NDnano.
