L’appareil portable offre des tests de diagnostic de qualité laboratoire

En raison de sa grande précision, le test PCR (réaction en chaîne par polymérase) en laboratoire est la référence absolue pour le diagnostic des maladies infectieuses. Cependant, la technologie PCR nécessite un personnel hautement qualifié et un équipement coûteux, ce qui limite sa disponibilité, en particulier dans les environnements à faibles ressources. De nouvelles recherches suggèrent qu’un autre type de test pourrait être simplifié sans sacrifier les performances.

Une technologie de plateforme développée par des chercheurs de l’Université du Connecticut utilise des techniques similaires à celles des tests PCR, mais au sein d’un appareil portable plutôt que de plusieurs machines de paillasse.

Dans une étude publiée dans Sciences avancéesLes auteurs ont découvert que l’outil pouvait détecter deux virus, le VIH et le SARS-CoV-2, avec des performances similaires à celles des tests PCR. Avec des avantages en termes de coût, de rapidité et de portabilité par rapport aux méthodes traditionnelles, la nouvelle technologie pourrait permettre de généraliser les diagnostics puissants des maladies infectieuses.

« Comme nous l’avons appris pendant la pandémie, des diagnostics fiables et pratiques sont essentiels pour lutter contre la propagation des maladies infectieuses », a déclaré Tiffani Lash, Ph.D., directrice du programme de la Division des technologies informatiques de la santé à l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bio-ingénierie (NIBIB).

« Des innovations comme celle-ci, qui permettent de réaliser des tests supplémentaires extrêmement sensibles et précis au point de service, pourraient devenir des outils précieux pour le diagnostic rapide d’une série de maladies infectieuses. »

Certains des tests les plus courants pour les maladies infectieuses détectent soit des substances virales appelées antigènes, soit des protéines produites par le système immunitaire en réponse à une infection, appelées anticorps. Malgré la fiabilité, la rapidité et la large disponibilité de ces tests, qui incluent les tests antigéniques rapides COVID-19 désormais répandus, les tests PCR présentent toujours un avantage en termes de précision, qui peut atteindre près de 100 %.

La force de la technologie PCR en tant qu’outil de diagnostic réside dans sa capacité à détecter directement le matériel génétique, tel que l’ARN, des agents pathogènes. Cette approche offre une plus grande spécificité, ce qui signifie qu’il est moins probable de confondre des particules non pathogènes avec la cible et de produire un résultat faussement positif. Le test PCR amplifie également la cible recherchée pour la rendre sensible à de plus petites quantités de matériel pathogène, ce qui signifie que même un faible niveau d’infection peut être détecté.

Dans l’état actuel des choses, les patients et les prestataires de soins doivent souvent choisir entre une technologie facile d’accès et d’utilisation et une technologie très performante. Changchun Liu, Ph.D., professeur d’ingénierie biomédicale à l’Université du Connecticut, et ses collègues ont cherché à briser cette dichotomie.

Correspondant à l’étalon-or

La solution proposée par l’équipe est le laboratoire dans un tube magnétofluidique (LIAMT), un dispositif composé d’un tube de 1,5 millilitre contenant un insert imprimé en 3D et d’un processeur portatif sans fil. Alors que les tests PCR impliquent l’utilisation de plusieurs machines de paillasse, le LIAMT est un guichet unique portable qui effectue des processus similaires.

Les différences clés permettent de réduire considérablement la taille du matériel et de simplifier la formation des utilisateurs, a expliqué Liu. L’une des principales différences réside dans la manière dont le LIAMT isole le matériel génétique des échantillons biologiques.

Alors que les techniques traditionnelles s’appuient sur des machines à rotation rapide appelées centrifugeuses pour séparer les acides nucléiques plus légers du reste de l’échantillon, le LIAMT s’appuie sur le magnétisme.

De minuscules billes magnétiques à l’intérieur du tube adhèrent à l’ARN viral de l’échantillon grâce à l’attraction des charges électriques sur les molécules. Ensuite, après qu’un utilisateur ait placé le tube dans le processeur portatif, un aimant à l’intérieur de l’appareil entraîne les billes liées à l’ARN à travers plusieurs étapes de lavage dans le tube, filtrant ainsi les matières indésirables.

Une fois le matériel génétique isolé, la technologie PCR copie des fragments spécifiques du code génétique d’un virus des millions, voire des milliards de fois, afin de le détecter plus facilement. Cette étape nécessite de nombreux cycles de chauffage et de refroidissement pour faciliter la séparation des brins d’acide nucléique appariés et leur duplication ultérieure, ce qui nécessite un équipement de cyclage thermique spécialisé.

Le LIAMT intègre plutôt une alternative PCR récente qui utilise des protéines spéciales capables de diviser et d’amplifier les brins d’acide nucléique à une température basse et constante.

Après amplification, le dispositif sans fil LIAMT chauffe l’échantillon de quelques degrés, faisant fondre une barrière de cire dans le tube et libérant une solution d’enzymes CRISPR qui entraîne l’émission d’un signal fluorescent après leur liaison à leur cible.

Si suffisamment d’ARN viral était présent dans l’échantillon initial, ce signal peut être visualisé à travers une petite fenêtre dans le dispositif LIAMT, indiquant un résultat de test positif.

Libéré de la contrainte d’une centrifugeuse et d’un thermocycleur, le LIAMT portable peut être utilisé dans une clinique ou à domicile. L’outil de diagnostic peut également produire des résultats en une heure environ, ce qui est beaucoup plus rapide que ce que prennent habituellement les tests PCR, car les sites de test ne disposent souvent pas de l’équipement nécessaire (ce qui signifie que les échantillons doivent être expédiés hors site pour être analysés).

Développer un appareil accessible n’était cependant que la moitié de la bataille. Il fallait également pouvoir tenir tête à la technologie PCR.

Pour tester leur outil de diagnostic, les chercheurs ont obtenu 32 échantillons de prélèvements de patients testés pour le SARS-CoV-2 et 41 échantillons de plasma sanguin de patients testés pour le VIH. Ils ont utilisé à la fois le test LIAMT et le test PCR traditionnel pour rechercher l’ARN viral dans les échantillons et ont comparé les résultats.

Les auteurs de l’étude ont constaté que la sensibilité et la spécificité du test LIAMT étaient prometteuses pour les deux virus. Par rapport à la méthode PCR, les désignations du test LIAMT indiquant si les échantillons étaient positifs ou négatifs correspondaient à 29 des 32 échantillons prélevés sur écouvillon et à 40 des 41 échantillons de plasma.

Encouragé par ces résultats, Liu souhaite continuer à développer la plateforme LIAMT, en affinant ses performances et sa facilité d’utilisation. Il est particulièrement motivé par la possibilité d’améliorer les soins aux personnes atteintes du VIH, qui doivent souvent subir des tests de routine pour recevoir un traitement, ce qui implique des visites à l’hôpital, des prises de sang et des jours d’attente pour obtenir les résultats.

« Avec notre appareil, nous avons utilisé le volume que l’on peut obtenir à partir d’une piqûre au doigt pour produire rapidement des résultats précis de test du VIH. Les patients pourraient effectuer ces tests dans un centre de soins local ou à domicile et recevoir les médicaments dont ils ont besoin plus rapidement », a déclaré Liu.