Des biocapteurs sous-cutanés plus performants

Les biocapteurs sont des dispositifs qui peuvent détecter des molécules biologiques dans l'air, l'eau ou le sang. Ils sont largement utilisés dans le développement de médicaments, le diagnostic médical et la recherche biologique. Le besoin croissant de surveillance continue et en temps réel des biomarqueurs dans des maladies comme le diabète motive actuellement les efforts visant à mettre au point des biocapteurs efficaces et portables.

Certains des biocapteurs optiques les plus prometteurs actuellement en cours de développement sont fabriqués à l'aide de nanotubes de carbone à paroi simple. L'émission de lumière proche infrarouge des nanotubes de carbone se situe dans la fenêtre de transparence optique des matériaux biologiques. Cela signifie que l'eau, le sang et les tissus tels que la peau n'absorbent pas la lumière émise, ce qui rend ces biocapteurs idéaux pour les applications de détection implantables. Ces capteurs peuvent ainsi être placés sous la peau et le signal optique peut encore être détecté sans qu'il soit nécessaire de percer des contacts électriques à travers la surface.

Cependant, l'omniprésence des sels dans les biofluides crée un défi omniprésent dans la conception des dispositifs implantables. Il a été démontré que les fluctuations des concentrations de sel qui se produisent naturellement dans l'organisme affectent la sensibilité et la sélectivité des capteurs optiques basés sur des nanotubes de carbone à simple paroi enveloppés d'ADN simple brin.

Afin de surmonter certains de ces défis, une équipe de chercheurs du laboratoire d'Ardemis Boghossian à l'EPFL a mis au point des capteurs nanotubes optiques stables utilisant la biologie synthétique. L'utilisation de la biologie synthétique confère une stabilité accrue aux biocapteurs optiques, ce qui les rend plus adaptés aux applications de biocapteurs dans des fluides complexes tels que le sang ou l'urine et même à l'intérieur du corps humain.

"Ce que nous avons fait, c'est envelopper les nanotubes avec des acides nucléiques 'xéno' (XNA), ou ADN synthétique qui peut tolérer la variation des concentrations de sel que notre corps subit naturellement, pour délivrer un signal plus stable ", dit Ardemis Boghossian. Alice Gillen, auteure principale de l'étude, a dirigé les efforts pour étudier comment certains sels affectent l'émission optique des biocapteurs.

L'étude couvre les différentes concentrations d'ions à l'intérieur des gammes physiologiques que l'on trouve dans les biofluides courants. En surveillant à la fois l'intensité du signal des nanotubes et le déplacement de la longueur d'onde du signal, les chercheurs ont pu vérifier que les capteurs bio-ingénierie présentaient une plus grande stabilité sur une plus grande plage de concentrations en sel que les capteurs d'ADN traditionnellement utilisés sur le terrain.

"C'est vraiment la première fois qu'une véritable approche de biologie synthétique est utilisée dans le domaine de l'optique nanotube ", dit Boghossian. "Nous pensons que ces résultats sont encourageants pour le développement de la prochaine génération de biocapteurs optiques qui sont plus prometteurs pour les applications de détection implantables telles que la surveillance continue.

Autres contributeurs

• Politecnico di Torino
• Université Denis Diderot (Paris VII)