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Nano-OptoMechanical Systems for Biological Sensors

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Des détecteurs résonnants à biocapteurs pour réduire le gaspillage d’antibiotiques

Une manière de rester dans la course qui nous oppose éternellement à la résistance microbienne consiste à identifier précisément et rapidement le microbe et son traitement antibiotique. Cela semble simple, mais les méthodes actuelles de détection demandent plusieurs jours pour obtenir des résultats et identifier la réceptivité ou la résistance demande encore plus de temps. Toutefois, un projet Marie Skłodowska-Curie pourrait changer la donne.

Économie numérique
Santé

Le projet NOMBIS, financé par l’UE, a développé des résonateurs nano-optomécaniques en disque (consulter l’image pour voir le disque avec une bactérie) en vue d’identifier de manière précoce les agents pathogènes provoquant des infections. Ces dispositifs peuvent être configurés pour mesurer et identifier des microorganismes avec une sensibilité extrême, dans le cadre de nombreuses applications de détection biomoléculaire ou chimique.

Peser l’ADN et l’ARN: une future séance d’identification pour les microbes

«Nous avons appliqué des résonateurs nano-optomécaniques en disque au domaine de la biodétection, obtenant ainsi une détection ultrarapide et ultrasensible des biomolécules à une résolution en masse de l’ordre du zeptogramme en milieu fluide», signale le Dr Eduardo Gil-Santos, coordinateur du projet. Un zeptogramme est une masse incroyablement petite égale à 10 gramme. Les chercheurs de NOMBIS ont développé des réseaux composés de centaines de dispositifs par puce. Ces derniers peuvent peser les brins d’ADN complémentaires de ceux immobilisés sur la surface des dispositifs. Il est donc possible d’identifier de nombreux agents pathogènes différents sur un échantillon sanguin, en plus des résistances aux antibiotiques, marquées par les mutations. La détection des bactéries par le ciblage du gène de l’ARN ribosomique 16S a constitué un défi énorme. Ce gène peut être utilisé pour l’identification, car différentes bactéries en possèdent un nombre variable de copies. «Les résonateurs nano-optomécaniques en disque sont d’excellents dispositifs pour détecter des bactéries vivantes, intactes et individuelles», explique le Dr Gil-Santos. Non seulement ils quantifient la masse, ils détectent également les résonances mécaniques intrinsèques des bactéries, susceptibles de fournir un signal unique permettant de les identifier. Les bactéries habituellement à l’origine de la septicémie ont été spécialement ciblées, car le retard du traitement peut provoquer l’évolution de la maladie et la défaillance des organes. «Nous avons testé nos dispositifs sur deux agents pathogènes communs: Staphylococcus epidermidis et Escherichia coli», fait remarquer le Dr Gil-Santos. Ces bactéries font partie de la flore humaine normale et, habituellement, elles ne sont pas pathogènes, mais peuvent le devenir chez les patients immunodéprimés.

Les problèmes rencontrés aux échelles inférieures au zeptogramme

Afin de pouvoir détecter les bactéries, le mode du capteur et celui de l’analyte doivent présenter des fréquences de résonance proches. «Par conséquent, nous avons dû fabriquer de nombreux résonateurs en disque et modifier leurs dimensions pour atteindre les fréquences correctes. Ensuite, nous les avons associés à ceux de l’analyte», explique le Dr Gil-Santos. Les tests menés dans ces dispositifs doivent être efficaces. Pour y parvenir, l’équipe a développé un système de dépôt des agents pathogènes, leur permettant de placer des analytes dans les capteurs avec une précision micrométrique. Sur le chemin de la commercialisation L’établissement de la spectroscopie mécanique comme technologie de référence en biomédecine exige la détection, non seulement des modes individuels, mais de l’ensemble du spectre mécanique des analytes, idéalement, en conditions physiologiques. En poursuivant son explication sur les éléments nécessaires à cette technologie révolutionnaire, il précise: «Les progrès obtenus jusqu’à présent ont prouvé que les capteurs mécaniques peuvent détecter des modes d’analytes mécaniques et individuels dans l’air, ce qui n’avait jamais été fait auparavant et encore moins proposé.» L’équipe a sollicité une Bourse de démarrage du Conseil européen de la recherche pour poursuivre ses travaux sur la spectroscopie mécanique. Le projet a généré un brevet international. «Désormais, je cherche des entreprises intéressées par l’exploitation commerciale de cette idée. Toutefois, étant donné que le concept est totalement nouveau, il nécessitera d’autres avancées pour être complètement établi», ajoute le Dr Gil-Santos. À terme, la spectroscopie permettra la détection d’agents pathogènes et le suivi en temps réel de leurs propriétés morphologiques et mécaniques avec une précision extraordinaire. En plus de sauver des vies grâce à l’application opportune des médicaments actuellement disponibles, cette technique favorisera le développement de nouveaux médicaments.

Mots‑clés

NOMBIS, mécanique, détection, bactéries, agent pathogène, résonateur nano-optomécanique en disque, capteur, microbe, ARN, biomolécule, gène, spectroscopie mécanique

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