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A Wearable Sensor for Hormones Based on a Native Microbial Sensing

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Un diagnostic hormonal réalisable sur le lieu d’intervention se profile

Les biocapteurs sont devenus des outils essentiels dans de nombreux domaines, allant de la biomédecine à la défense, mais leur coût et leur complexité peuvent limiter leur utilisation. Une nouvelle plateforme exploite la régulation de l’expression génétique bactérienne pour détecter des taux hormonaux, en réduisant les coûts et en offrant une perspective de diagnostic réalisable sur le lieu d’intervention.

Économie numérique
Santé

Les biocapteurs détectent la concentration ou l’activité de substances chimiques par l’intermédiaire de molécules naturelles telles que des enzymes ou des anticorps, qui se fixent à d’autres entités pour survivre. La production d’anticorps est onéreuse, la réduction des coûts des biocapteurs tout en optimisant en même temps la sélectivité et la sensibilité représente donc souvent de sérieux défis à relever. À ce jour, des tests de détection des anticorps dans le sérum sanguin, très efficaces mais onéreux, constituent la référence absolue pour la détection des hormones. Avec le soutien financier du programme individuel de bourse Marie Sklodowska-Curie, le projet SENSHOR est apparu comme une alternative bon marché et efficace, en remplaçant les anticorps grâce à la contribution des bactéries. De plus, échantillonner de l’urine plutôt que du sérum sanguin ouvre la perspective d’obtenir une biodétection rentable et réalisable sur le lieu d’intervention, applicable à toutes sortes de molécules essentielles.

De la génétique bactérienne et des points quantiques aux biocapteurs

La progestérone est une hormone stéroïdienne majeure dont le rôle est de réguler le cycle menstruel, de préparer et de maintenir l’utérus prêt pour une grossesse. Les tests de dosage de la progestérone sérique sont indiqués pour évaluer la fertilité et l’état d’avancement d’une grossesse. Cependant, ils reposent sur la détection d’anticorps, toujours coûteux à produire, qui se fixent de manière irréversible à la progestérone, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas être récupérés pour une utilisation ultérieure. Dans le contexte d’une solide collaboration avec Mark W. Grinstaff, James E. Galagan et leurs collègues, à l’Université de Boston, Sébastien Lecommandoux, coordinateur du projet, et Chloé Grazon, chargée de recherche, tous deux en poste à l’Université de Bordeaux ont eu une meilleure idée. «Dans le projet SENSHOR, l’innovation clé était d’utiliser des protéines dénommées facteurs de transcription (FT) pour détecter des hormones. Les FT sont des protéines qui, en présence d’un analyte, se fixent de façon réversible à des séquences d’ADN afin de contrôler l’expression génétique. Pour la première fois, des protéines sensibles aux hormones ont été produites chez des bactéries et utilisées ex vivo pour développer un capteur», explique Sébastien Lecommandoux. Pour créer un signal détectable, Chloé Grazon a exploité le seul phénomène adapté de transfert d’énergie de fluorescence par résonance (FRET). Le FRET est un procédé physique de transfert d’énergie d’un fluorophore moléculaire à l’état excité (le donneur) vers un autre fluorophore (l’accepteur), transfert qui est dépendant de la distance entre les deux entités. Dans le cas du capteur, le couple de fluorophores donneur-accepteur est constitué respectivement d’une protéine FT marquée par fluorescence et d’une séquence d’ADN fluorescente. Si dans la solution, l’hormone qui est responsable de l’éloignement des deux fluorophores a une concentration nulle, alors les deux fluorophores peuvent échanger de l’énergie entre eux selon le principe du FRET. Si l’hormone est présente, elle empêche leur liaison et bloque le transfert d’énergie entre les deux fluorophores, ce qui va perturber le signal de fluorescence. La fluorescence provient des points quantiques, sélectionnés pour leur luminosité et leur résistance au photoblanchiment. Sébastien Lecommandoux développe: «Dans le projet SENSHOR, nous avons amélioré la stabilité des points quantiques fluorescents impliqués dans le FRET. Leur robustesse nous a également permis d’améliorer le rapport signal-bruit et donc la limite de détection du capteur.»

Ouvrir la voie aux biocapteurs utilisables sur le lieu d’intervention

«Nous avons utilisé notre plateforme innovante de biocapteurs pour détecter avec succès la progestérone présente dans les urines à des concentrations physiologiques. Nous avons développé un matériel prêt-à-l’emploi, peu coûteux, portable, qui donne la même réponse en fluorescence que lors d’un dosage de la progestérone. Avec la même méthodologie, nous pourrions développer un biocapteur utilisable pour détecter quasiment tout ce qui serait métabolisé par des bactéries», déclare Chloé Grazon. Ces résultats révolutionnaires ont été publiés dans la revue scientifique à comité de lecture «Nature Communications». L’équipe est parvenue à immobiliser le biocapteur sur une surface et à l’inclure également dans des hydrogels, ce qui représente des étapes fondamentales vers le développement de dispositifs fonctionnels destinés à des utilisations concrètes. Les résultats de SENSHOR ouvrent la voie à la mise au point de biocapteurs efficaces et portables, utilisables sur le lieu d’intervention pour évaluer la présence d’hormones et d’autres molécules.

Mots‑clés

SENSHOR, biocapteur, progestérone, FRET, bactéries, anticorps, FT, points quantiques, facteur de transcription, transfert d’énergie de résonance par fluorescence

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