Tests bandelettes, ELISA, cytométrie en flux, PCR, spectrométrie de masse… l'éventail des techniques permettant de détecter dans un échantillon (biologique ou environnemental) un agent pathogène ou des cellules tumorales est large. Pour autant, il demeure encore difficile de détecter et trier de façon efficace une toute petite quantité de cellules.
Avec une équipe du CEA-SPEC (à l'Iramis), le LERI, spécialisé dans la mise au point de tests de détection par immuno-analyse, développe depuis plusieurs années un test capable de détecter individuellement et de façon efficace des cibles biologiques, marquées magnétiquement. Ce système combinerait les avantages de plusieurs techniques :
- le faible encombrement et la facilité d'utilisation – « sur le terrain » – des tests bandelette ;
- la sensibilité et la capacité à détecter des cellules entières – donc sans préparation préalable conséquente – de la cytométrie en flux.
En quoi consiste la technique ?
Le test repose sur la sensibilité extrême des capteurs à magnétorésistance géante (GMR), qui ont été développés pour une grande variété d'applications industrielles (automobile, automatisme, informatique, etc.).
Les cellules que l'on veut détecter sont marquées avec des microbilles magnétiques puis injectées dans un canal microfluidique placé au voisinage d'un capteur GMR. Après aimantation des microbilles, leur champ dipolaire est détecté lors de leur passage au niveau du capteur. Le marquage est rendu possible par la fonctionnalisation des microbilles avec des anticorps monoclonaux spécifiques d'une protéine de surface de la cellule à détecter.
Optimisation du prototype initial
Une première version de cette puce a été mise au point avec une série de capteurs GMR d'un seul côté du canal (voir actualité du 08 janvier 2020 "Des capteurs magnétiques pour des biopuces ultrasensibles"). Dans cette configuration, il existe une incertitude sur ce qui est réellement détecté, ce qui génère des signaux faux-positifs. En effet, les cellules marquées se retrouvent mêlées dans le canal microfluidique à des microbilles excédentaires individuelles ou parfois agglomérées, malgré les précautions prises par les expérimentateurs. Le signal magnétique de chaque objet étant fonction de sa distance au capteur, les agrégats de microbilles proches du capteur donnent alors un signal du même ordre que les cellules marquées, alors même que ces dernières sont environnées d'un nombre de billes bien supérieur (de l'ordre d'une cinquantaine).
Pour s'affranchir de cette limite, les chercheurs ont conçu un nouveau système contenant cette fois deux séries de capteurs GMR placées de chaque côté du canal. Les mesures en coïncidence permettent alors de déterminer sans ambiguïté le moment dipolaire magnétique, proportionnel au nombre de microbilles portées, et la position dans le canal de chaque objet détecté.
Le nouveau système a été utilisé pour détecter une par une des cellules de myélome murin (NS1) marquées avec des microbilles magnétiques fonctionnalisées avec des anticorps dirigés contre un protéoglycane transmembranaire présent à la surface des cellules NS1 (CD138).
Le résultat de leur étude, publiée dans le journal
Lab on a Chip, montre que la double détection GMR permet de bien distinguer les signaux issus de cellules et d'agrégats de microbilles, ce qui réduit considérablement les faux signaux positifs et améliore la sensibilité de la méthode d'un facteur 100. Un atout particulièrement intéressant pour le diagnostic précoce.
Testé sur des cellules tumorales, cette biopuce pourrait aussi servir à détecter des bactéries moyennant quelques adaptations. Une nouvelle étude est notamment en cours. Des bactéries y sont ciblées par des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées spécialement conçues par le CEA-Liten, pour bénéficier d'une meilleure stabilité colloïdale, ce qui doit permettre d'améliorer encore la sélectivité et donc la sensibilité du procédé.
Texte rédigé à partir du fait marquant publié par l'Iramis :
https://iramis.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast.php?t=fait_marquant&id_ast=3473
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