Un capteur hybride pourrait aider à diagnostiquer le cancer
Une équipe de chercheurs de l’Université HSE, Skoltech, MPGU et MISIS ont développé un capteur nanophotonique-microfluidique dont les applications potentielles incluent la détection du cancer, la surveillance et l’évaluation de la réponse au traitement. Aujourd’hui, l’appareil peut identifier les gaz et les liquides dissous à de faibles concentrations avec un haut degré de précision. Le papier est publié dans Lettres d’optique.
Selon l’Organisation mondiale de la santé, en 2020, le fardeau mondial du cancer était estimé à 19,3 millions de nouveaux cas et 10 millions de décès. Les experts de l’OMS estiment qu’environ 30 % des nouveaux cas pourraient être évités et qu’environ la même proportion pourrait être guérie grâce à une détection précoce.
Aujourd’hui, un « laboratoire sur puce » est un dispositif de capteur miniature capable d’effectuer des analyses biochimiques complexes qui sont considérées comme l’une des approches les plus prometteuses pour la détection précoce du cancer. Des chercheurs russes ont mis au point un nouveau capteur hybride nanophotonique-microfluidique pour l’analyse très sensible de liquides et de gaz à très faible concentration dans des solutions.
Le dispositif actuel se compose de capteurs optiques nanophotoniques sur une puce en combinaison avec des canaux microfluidiques au-dessus de la surface du capteur. Les fluides ou les gaz pompés à travers les canaux affectent la propagation du rayonnement optique dans les dispositifs nanophotoniques hautement sensibles, modifiant les caractéristiques spectrales de la sortie. En examinant ces changements, les chercheurs peuvent déterminer la composition de l’échantillon.
Une particularité de l’appareil est la petite taille des canaux microfluidiques qui délivrent les échantillons aux capteurs. Cela permet d’obtenir des résultats même à partir de très petits échantillons, ce qui peut être critique lorsque l’analyse sur site n’est pas possible et que les échantillons doivent être transportés ailleurs pour examen.
Le sang humain contient certains composants qui peuvent être précieux pour les diagnostics préliminaires des maladies oncologiques. Ces composants comprennent des vésicules extracellulaires (exosomes). Les exosomes sont des vésicules microscopiques libérées dans l’espace intercellulaire par les cellules des tissus et des organes.
«Les cellules communiquent entre elles en utilisant des vésicules extracellulaires, telles que les exosomes, pour envoyer des messages», explique Dmitry Gorin, professeur à l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo. Cependant, certains facteurs, internes (prédisposition génétique) ou externes (environnementaux, tels que les radiations), peuvent perturber le fonctionnement normal d’une cellule, l’amenant à envoyer de mauvais messages, entraînant une division cellulaire incontrôlée et une croissance tumorale ».
À un stade précoce du cancer, les concentrations sanguines d’exosomes ont tendance à augmenter pour atteindre des valeurs analytiquement significatives, signalant la présence d’un cancer, ce qui fait des exosomes un biomarqueur potentiellement utile en oncologie. L’équipe de recherche prévoit d’affiner son appareil afin qu’il puisse être utilisé pour cette méthode de détection du cancer.
Jusqu’à présent, le capteur a été testé non pas sur des échantillons de sang mais sur des solutions aqueuses d’alcool isopropylique à 20 concentrations différentes, de 0,08 % à 72 % en poids. L’alcool étant très soluble dans l’eau, il était possible d’utiliser des concentrations très faibles. Par exemple, le capteur a détecté de l’isopropanol dans une solution contenant 12 molécules d’alcool pour un million de molécules d’eau. Actuellement, l’appareil ne peut analyser que des solutions à deux composants, mais les auteurs prévoient de le rendre adapté aux analytes à plusieurs composants en recouvrant des récepteurs spéciaux (aptamères, anticorps, DARPins et peptides) sur la surface du capteur à l’aide de canaux microfluidiques.
«Aujourd’hui, le matériel expérimental nécessaire au fonctionnement de l’appareil est assez volumineux. La configuration comprend une pompe péristaltique, un laser accordable, un photodétecteur, une puce et un PC pour le traitement des données », explique l’auteur de l’article, Aleksei Kuzin, diplômé HSE et actuellement doctorant à Skoltech. «A l’avenir, nous espérons produire un appareil compact et portable pour des tests rapides qui réduira le temps et le coût du diagnostic du cancer, de la surveillance et de l’évaluation de la réponse au traitement».
Référence: Kuzin A, Kuzin A, Chernyshev V, et al. Capteur hybride nanophotonique-microfluidique pour des analyses de liquides et de gaz hautement sensibles. Opt Lett, OL. 2022;47(9):2358-2361. doi : 10.1364/OL.457309
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