Tumeurs, un capteur qui utilise la lumière détecte les premiers signes de maladie dans le sang

Un groupe de chercheurs de l’Université de Shenzhen, en Chine, a développé un capteur optique hautement sensible capable de détecter des concentrations extrêmement faibles de biomarqueurs du cancer dans le sang. La découverte, publiée dans la revue Optiqueouvre de nouvelles perspectives pour le diagnostic précoce des tumeurs et autres pathologies grâce à une simple prise de sang.

Cancer du poumon, thérapie ciblée pour une forme rare

Comment fonctionne le capteur

La procédure utilisée par les chercheurs est un exemple de « nano-ingénierie » : au lieu de rechercher la tumeur à l’aide de technologies d’imagerie (comme un scanner), ils recherchent dans le sang des traces infinitésimales de biomarqueurs typiques d’une certaine tumeur – en l’occurrence, miR-21, un microARN associé au cancer du poumon.

Tout d’abord, le groupe de recherche a construit – sur une base constituée d’un matériau ultra-mince, le bisulfure de molybdène – une structure nanoscopique : ce sont des pyramides entièrement construites avec des molécules d’ADN – les soi-disant tétraèdres d’ADN – sur la pointe desquelles ont été ancrés des points quantiques, de minuscules cristaux semi-conducteurs qui réagissent à la lumière (de sorte qu’ils se trouvent à une distance précise de la base).

Pour « voir » ces molécules sans avoir à les multiplier, c’est-à-dire sans amplification, les chercheurs ont exploité la génération de seconde harmonique (Shg), un processus optique non linéaire dans lequel la lumière entrante est convertie en lumière ayant la moitié de la longueur d’onde. L’une des principales limites des méthodes de diagnostic actuelles est en effet la nécessité d’amplifier les traces de biomarqueurs afin de les mesurer, une procédure qui nécessite du temps et des ressources. Le nouveau capteur contourne cet obstacle, car les capteurs agissent comme des amplificateurs points quantiques: tant que les pyramides d’ADN sont intactes, le capteur émet une lumière très forte et claire.

Pour identifier le biomarqueur cible, la technologie Crispr entre alors en jeu : lorsqu’ils rencontrent la molécule recherchée, les ciseaux moléculaires (qui utilisent la protéine Cas12a, plutôt que le traditionnel Cas9) coupent le brin d’ADN qui maintient en place les points quantiques. Autrement dit, si le biomarqueur est présent dans le sang, Cas12a s’active et commence à couper les brins d’ADN des pyramides, de sorte que les points quantiques se détachent et s’éloignent de la base. Le résultat de ce processus est une baisse mesurable du signal lumineux, détectable même lorsque très peu de molécules sont présentes dans l’échantillon. Un signal lumineux fort implique donc que les pyramides d’ADN sont intactes, et donc qu’il n’y a pas de tumeur. Si en revanche le signal lumineux est faible, cela signifie que ces structures ont été altérées et donc la tumeur est présente.

Testé sur des échantillons réels

Les tests montrent que l’appareil est capable de détecter le marqueur miR-21 à la fois dans un liquide synthétique préparé en laboratoire et dans le sérum humain de patients atteints d’un cancer du poumon, simulant ainsi les conditions d’une véritable prise de sang. Les résultats ont été particulièrement précis : le capteur a identifié exclusivement la cible recherchée, ignorant les autres séquences d’ARN similaires. Les concentrations détectées sont inférieures au niveau subattomolaire – un seuil de sensibilité extrême : comme repérer un seul grain de sucre dans une piscine.

Applications possibles

Les implications pratiques pourraient être énormes. Selon les chercheurs, la méthode pourrait permettre le dépistage sanguin du cancer du poumon à un stade où la masse tumorale est encore invisible sur les tomodensitogrammes. Mais pas seulement : compte tenu de sa nature programmable, le capteur est potentiellement adaptable à la détection de virus, de bactéries, de toxines environnementales et de biomarqueurs d’autres pathologies, comme la maladie d’Alzheimer. Le capteur, poursuivent les chercheurs, pourrait également contribuer au développement de thérapies personnalisées, permettant aux médecins de surveiller les niveaux de biomarqueurs sur une base quotidienne ou hebdomadaire pour évaluer l’efficacité des médicaments, plutôt que d’attendre des mois les résultats des tests d’imagerie. L’équipe de recherche travaille désormais à la miniaturisation de l’appareil optique, dans le but de transformer le capteur en un appareil portable pouvant être utilisé au chevet du patient, en clinique ou même dans des contextes aux ressources limitées et dans des zones reculées.