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Jul 27, 2023

Ce capteur imite la fonction naturelle de la membrane cellulaire

8 août 2023 Par Sean Whooley Une équipe dirigée par des chercheurs du MIT a conçu un capteur qui pourrait aider à dépister les cancers difficiles à diagnostiquer ou les tumeurs métastatiques.

8 août 2023 Par Sean Whooley

Une équipe dirigée par des chercheurs du MIT a conçu un capteur qui pourrait aider à dépister les cancers difficiles à diagnostiquer ou les tumeurs métastatiques. [Image fournie par les chercheurs/MIT]

Le capteur prototype peut détecter une molécule immunitaire appelée CXCL 12. Ils affirment que cela pourrait aider à développer un système de dépistage de routine des cancers difficiles à diagnostiquer ou des tumeurs métastatiques. La technologie pourrait également être utilisée comme un « nez » électronique hautement biomimétique, selon un communiqué de presse du MIT.

"Notre espoir est de développer un appareil simple qui vous permette d'effectuer des tests à domicile, avec une spécificité et une sensibilité élevées", a déclaré Shuguang Zhang, chercheur principal au Media Lab du MIT. « Plus le cancer est détecté tôt, meilleur est le traitement. Le diagnostic précoce du cancer est donc un domaine important dans lequel nous souhaitons nous engager. »

L’équipe s’est inspirée de la membrane qui entoure toutes les cellules. Ces membranes cellulaires contiennent des milliers de protéines réceptrices capables de détecter des molécules dans l’environnement. L'équipe du MIT a modifié les protéines pour survivre à l'extérieur de la membrane, en les ancrant dans une couche de protéines cristallisées au sommet des transistors en graphène. Lors de la détection d'une molécule cible, les transistors transmettent des informations à un ordinateur ou un smartphone.

L’équipe affirme que le capteur pourrait potentiellement fonctionner pour analyser n’importe quel fluide corporel, comme le sang, les larmes ou la salive. Il pourrait également détecter simultanément différentes cibles.

"Nous identifions les récepteurs critiques des systèmes biologiques et les ancrons sur une interface bioélectronique, ce qui nous permet de récolter tous ces signaux biologiques, puis de les transduire en sorties électriques qui peuvent être analysées et interprétées par des algorithmes d'apprentissage automatique", a déclaré Rui Qing, un ancien chercheur. Chercheur au MIT et actuel professeur associé à l'Université Jiao Tong de Shanghai.

Qing et Mantian Xue, étudiant au doctorat, sont les auteurs de l'étude des capteurs, publiée dans Science Advances. Zhang, Tomás Palacios et Uwe Sleytr étaient les auteurs principaux.

L’équipe affirme que son approche visait à construire des capteurs basés sur des protéines réceptrices présentes dans les membranes cellulaires. Cependant, ceux-ci peuvent s'avérer difficiles à travailler car, une fois retirés, ils ne conservent leur structure que s'ils sont suspendus dans un détergent.

Zhang, Qing et d'autres ont déjà trouvé un moyen de transformer des protéines hydrophobes en protéines hydrosolubles. Ils ont remplacé les acides aminés hydrophobes par des acides hydrophiles selon une méthode appelée code QTY.

« Les gens essaient d’utiliser les récepteurs pour la détection depuis des décennies, mais leur utilisation à grande échelle est difficile car les récepteurs ont besoin d’un détergent pour rester stables. La nouveauté de notre approche est que nous pouvons les rendre solubles dans l’eau et les produire en grande quantité à moindre coût », a déclaré Zhang.

Zhang et Sleytr ont travaillé pour attacher des versions hydrosolubles de protéines réceptrices à une surface. Ces protéines de la couche S, une fois cristallisées, forment des réseaux monomoléculaires cohérents sur une surface. Ils peuvent également fusionner avec d’autres protéines comme des anticorps ou des enzymes, comme l’a prouvé Sleytr précédemment. L'équipe, avec le scientifique principal Andreas Breitwieser, a utilisé les protéines pour créer une feuille dense et immobilisée d'une version hydrosoluble d'une protéine réceptrice appelée CXCR4. Il se lie au CXCL 12, qui joue un rôle dans les maladies humaines comme le cancer. Il se lie également à une glycoprotéine de l'enveloppe du VIH responsable de l'entrée du virus dans les cellules humaines.

L’équipe a nommé sa technologie de capteur RESENSA (Receptor S-layer Electrical Nano Sensing Array).

"Nous utilisons ces systèmes de couches S pour permettre à toutes ces molécules fonctionnelles de se fixer à une surface dans un réseau monomoléculaire, selon une distribution et une orientation très bien définies", explique Sleytr. "C'est comme un échiquier où l'on peut disposer différentes pièces de manière très précise."

Les chercheurs du MIT ont attaché leur couche S à une puce dotée de réseaux de transistors à base de graphène. Xue a adapté la puce pour la recouvrir d'une double couche de protéines. Lorsqu'une molécule cible se lie à un récepteur, la charge de la cible modifie les propriétés électriques du graphène.