En utilisant une électrode économique recouverte d’ADN, les chercheurs du MIT ont conçu un diagnostic américain qui pourrait être adapté pour détecter une variété de maladies, y compris le cancer ou les maladies infectieuses telles que la grippe et le VIH.
Ces capteurs électrochimiques utilisent une enzyme qui déplace l’ADN présent dans le système d’édition CRISPR Génique. Lorsqu’une cible comme un gène cancéreuse est détectée par l’enzyme, elle commence à couper l’ADN de l’électrode et non spécifiquement, comme une herbe qui coupe un halètement, modifiant le signal électrique produit.
L’une des principales limites de ce type de technologie de détection est que l’ADN qui recouvre l’électrode se casse rapidement, de sorte que les capteurs ne peuvent pas être conservés pendant longtemps et que leurs conditions de stockage doivent être strictement contrôlées, limitant où ils peuvent être utilisés. Dans une nouvelle étude, les chercheurs du MIT ont stabilisé l’ADN avec un revêtement en polymère, vous permettant de garder les capteurs pendant un maximum de deux mois, même à des températures élevées. Après le stockage, les capteurs ont pu détecter le gène du cancer de la prostate qui est souvent utilisé pour diagnostiquer la maladie.
Les capteurs basés sur l’ADN, qui ne coûtent que 50 cents à faire, pourraient offrir un moyen moins cher de diagnostiquer de nombreuses maladies dans les régions de faible ressources, explique Ariel Furst, professeur de génie chimique du développement de carrière de Paul M. Cook au MIT et l’auteur principal de l’étude.
« Notre objectif est le diagnostic auquel de nombreuses personnes ont un accès limité et notre objectif est de créer un capteur de point d’utilisation. Les gens n’auraient même pas besoin d’être dans une clinique pour l’utiliser. Vous pourriez le faire à la maison », explique Furst.
L’étudiant diplômé MIT Xingchecc Zhou est le principal auteur du papierPublié le 30 juin dans le magazine Capteurs ACS. Les autres auteurs du document sont le diplôme dans le MIT Jessica Slaughter, Smah Riki ’24 et l’étudiant a obtenu son diplôme Chao Chi Kuo.
Un capteur économique
Les capteurs électrochimiques fonctionnent en mesurant les variations du flux d’un courant électrique lorsqu’une molécule cible interagit avec une enzyme. Il s’agit de la même technologie que l’utilisation des compteurs de glucose pour détecter les concentrations de glucose dans un échantillon de sang.
Les capteurs électrochimiques développés dans le laboratoire de Furst sont constitués d’ADN adhérés à une électrode à feuilles d’or économique, qui est laminée sur une feuille de plastique. L’ADN est attaché à l’électrode à l’aide d’une molécule de soufre connue sous le nom de Tiolo.
Dans une étude en 2021, le laboratoire de Furst a montré qu’ils pouvaient utiliser ces capteurs pour détecter le matériel génétique du VIH et du papillomavirus humain (HPV). Les capteurs détectent leurs objectifs en utilisant un filament de guide d’ARN, qui peut être conçu pour se lier à presque n’importe quelle séquence d’ADN ou d’ARN. Le guide d’ARN est connecté à une enzyme appelée Cas12, qui envoie l’ADN non spécifiquement lorsqu’il est allumé et se trouve dans la même famille de protéines que l’enzyme Cas9 utilisée pour l’édition du génome CRISPR.
Si la cible est présente, elle se lie au pilote et active CAS12, ce qui coupe ensuite l’ADN adhéré à l’électrode. Cela modifie le courant produit par l’électrode, qui peut être mesuré à l’aide d’un potentostat (la même technologie utilisée dans les compteurs de glucose portable).
« Si Cas12 est allumé, c’est comme un Tosaerba qui coupe tout l’ADN sur l’électrode et qui désactive le signal », explique Furst.
Ce polymère, qui coûte moins de 1 cent pour le revêtement, agit comme une feuille qui protège l’ADN en vertu de celle-ci. Une fois déposé sur l’électrode, le polymère sèche pour former un mince film de protection.
« Une fois séché, il semble faire une barrière très forte contre les principales choses qui peuvent endommager l’ADN, comme les espèces réactives d’oxygène qui peuvent endommager l’ADN lui-même ou briser la liaison Tiolo avec de l’or et retirer l’ADN de l’électrode », explique Furst.
Détection réussie
Les chercheurs ont montré que ce revêtement pourrait protéger l’ADN sur les capteurs pendant au moins deux mois et pourrait également résister aux températures jusqu’à environ 150 degrés Fahrenheit. Après deux mois, ils ont rincé le polymère et ont montré que les capteurs pouvaient encore détecter le PCA3, un gène de cancer de la prostate qui peut être trouvé dans l’urine.
Ce type de test pourrait être utilisé avec une variété d’échantillons, y compris l’urine, la salive ou les écouvillons nasaux. Les chercheurs espèrent utiliser cette approche pour développer un diagnostic moins cher pour les maladies infectieuses, telles que le VHP ou le VIH, qui pourraient être utilisées au bureau d’un médecin ou d’un foyer. Cette approche pourrait également être utilisée pour développer des tests pour les maladies infectieuses émergentes, selon les chercheurs.
Un groupe de chercheurs du Laboratoire Furst a récemment été accepté Delta VAccélérateur des entreprises étudiantes du MIT, où ils espèrent lancer une startup pour développer davantage cette technologie. Maintenant que les chercheurs peuvent créer des tests avec une durée de conservation beaucoup plus longue, ils espèrent commencer à les envoyer dans des endroits où ils pourraient être testés avec des échantillons de patients.
« Notre objectif est de continuer à tester des échantillons de patients contre différentes maladies dans les environnements réels », explique Furst. « Notre limitation auparavant était que nous devions faire les capteurs sur place, mais maintenant que nous pouvons les protéger, nous pouvons les envoyer. Nous ne devons pas utiliser la réfrigération. Cela nous permet d’accéder à des environnements beaucoup plus robustes ou non idéaux pour les tests. »
La recherche a été financée, en partie, par le comité de recherche du MIT et par une bourse Mathworks.