De minuscules billes magnétiques produisent un signal optique qui pourrait être utilisé pour détecter rapidement des agents pathogènes

Jul 07, 2023

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L’obtention des résultats d’un test sanguin peut prendre d’un jour à une semaine, selon le cible du test. Il en va de même pour les tests de pollution de l’eau et de contamination alimentaire. Et dans la plupart des cas, le temps d’attente est dû à des étapes fastidieuses de traitement et d’analyse des échantillons.

Aujourd'hui, les ingénieurs du MIT ont identifié une nouvelle signature optique dans une classe largement utilisée de billes magnétiques, qui pourrait être utilisée pour détecter rapidement les contaminants dans divers tests de diagnostic. Par exemple, l’équipe a montré que la signature pouvait être utilisée pour détecter des signes de la contaminante alimentaire Salmonella.

Les Dynabeads sont des billes magnétiques microscopiques qui peuvent être recouvertes d'anticorps qui se lient à des molécules cibles, comme un agent pathogène spécifique. Les Dynabeads sont généralement utilisées dans des expériences dans lesquelles elles sont mélangées à des solutions pour capturer des molécules d'intérêt. Mais à partir de là, les scientifiques doivent prendre des mesures supplémentaires et fastidieuses pour confirmer que les molécules sont bien présentes et liées aux billes.

L'équipe du MIT a trouvé un moyen plus rapide de confirmer la présence d'agents pathogènes liés à Dynabead, en utilisant l'optique, en particulier la spectroscopie Raman. Cette technique optique identifie des molécules spécifiques en fonction de leur « signature Raman » ou de la manière unique dont une molécule diffuse la lumière.

Les chercheurs ont découvert que les Dynabeads possèdent une signature Raman inhabituellement forte qui peut être facilement détectée, un peu comme une étiquette fluorescente. Cette signature, ont-ils découvert, peut faire office de « journaliste ». S'il est détecté, le signal peut servir de confirmation rapide, en moins d'une seconde, qu'un agent pathogène cible est effectivement présent dans un échantillon donné. L'équipe travaille actuellement au développement d'un appareil portable permettant de détecter rapidement une gamme d'agents pathogènes bactériens, et leurs résultats apparaîtront dans un numéro spécial Emerging Investigators du Journal of Raman Spectroscopy.

"Cette technique serait utile dans une situation où un médecin tente de déterminer la source d'une infection afin de mieux éclairer la prescription d'antibiotiques, ainsi que pour la détection d'agents pathogènes connus dans les aliments et l'eau", explique le co-auteur de l'étude. Marissa McDonald, étudiante diplômée du programme Harvard-MIT en sciences et technologies de la santé. « De plus, nous espérons que cette approche mènera à terme à un accès élargi aux diagnostics avancés dans des environnements aux ressources limitées. »

Les co-auteurs de l'étude au MIT incluent l'associé postdoctoral Jongwan Lee ; la chercheuse invitée Nikiwe Mhlanga ; le chercheur scientifique Jeon Woong Kang ; Le professeur Tata Rohit Karnik, qui est également directeur associé du laboratoire d'eau et de systèmes alimentaires Abdul Latif Jameel ; et professeur adjoint Loza Tadesse du Département de génie mécanique.

Huile et eau

La recherche de cellules malades et d'agents pathogènes dans des échantillons de liquide est un exercice de patience.

«C'est une sorte de problème d'aiguille dans une botte de foin», explique Tadesse.

Les nombres présents sont si petits qu'ils doivent être cultivés dans des environnements contrôlés en nombre suffisant, et leurs cultures colorées, puis étudiées au microscope. L’ensemble du processus peut prendre plusieurs jours à une semaine pour donner un résultat positif ou négatif certain.

Les laboratoires de Karnik et de Tadesse ont développé indépendamment des techniques pour accélérer diverses parties du processus de test des agents pathogènes et rendre le processus portable, à l'aide de Dynabeads.

Les Dynabeads sont des billes microscopiques disponibles dans le commerce constituées d'un noyau de fer magnétique et d'une coque en polymère qui peuvent être recouvertes d'anticorps. Les anticorps de surface agissent comme des crochets pour lier des molécules cibles spécifiques. Lorsqu'elles sont mélangées à un fluide, tel qu'un flacon de sang ou d'eau, toutes les molécules présentes se déposent sur les Dynabeads. À l’aide d’un aimant, les scientifiques peuvent doucement amener les billes au fond d’un flacon et les filtrer pour les extraire d’une solution. Le laboratoire de Karnik étudie les moyens de séparer davantage les billes entre celles qui sont liées à une molécule cible et celles qui ne le sont pas. « Pourtant, le défi est le suivant : comment savoir si nous avons ce que nous recherchons ? dit Tadesse.