Ces chercheurs de l’HSE University (Moscou) développent un capteur hybride qui pourrait permettre de diagnostiquer le cancer : un capteur nanophotonique-microfluidique dont les applications potentielles incluent la détection du cancer mais également la surveillance et l'évaluation de la réponse au traitement. Documenté dans les Optic Letters, le dispositif permet de détecter dans les gaz et les fluides des biomarqueurs présents à de faibles concentrations avec un haut degré de précision.
Le fardeau mondial du cancer est estimé (OMS) à 19,3 millions de nouveaux cas et 10 millions de décès, chaque année. Environ 30 % des nouveaux cas pourraient être évités et environ la même proportion pourrait être guérie grâce à une détection plus précoce. Ce capteur est en fait un « laboratoire sur puce » capable d'effectuer des analyses biochimiques complexes. Ce type d'approche est considéré comme l'un des plus prometteurs pour la détection précoce du cancer.
Un capteur hybride nanophotonique-microfluidique pour l'analyse très sensible
Le capteur est capable d’effectuer un ensemble complet de tests sanguins, mais aussi de détecter les biomarqueurs du cancer à un stade précoce en utilisant une très petite quantité de sang du patient : dans l’idéal, les chercheurs visent 1 goutte de sang. « En appuyant sur un bouton, le médecin verrait si les paramètres sont normaux ou si d'autres tests sont nécessaires ».
Le dispositif actuel se compose de capteurs optiques nanophotoniques sur une puce en combinaison avec des canaux microfluidiques au-dessus de la surface du capteur. Les fluides ou les gaz pompés à travers les canaux affectent la propagation du rayonnement optique dans les dispositifs nanophotoniques hautement sensibles, modifiant les caractéristiques spectrales à la sortie. En analysant ces changements, les chercheurs peuvent déterminer la composition de l'échantillon. La petite taille des canaux microfluidiques qui délivrent les échantillons aux capteurs permet d'obtenir des résultats même à partir de très petits échantillons, ce qui peut être appréciable lorsque l'analyse sur site n'est pas possible et que les échantillons doivent être transportés ailleurs pour analyse.
Sur les biomarqueurs exploités : le sang humain contient certains composants qui peuvent être précieux pour les diagnostics préliminaires des maladies oncologiques. Ces composants comprennent des vésicules extracellulaires (exosomes). Les exosomes sont des vésicules microscopiques libérées dans l'espace intercellulaire par les cellules des tissus et des organes. Les cellules communiquent entre elles en utilisant ces vésicules extracellulaires dont les exosomes, pour envoyer des messages, cependant, certains facteurs, internes (prédisposition génétique) ou externes (environnementaux, tels que les radiations), peuvent perturber le fonctionnement normal d'une cellule, l'amenant à envoyer de mauvais messages, entraînant une division cellulaire incontrôlée et une croissance tumorale. Ainsi les exosomes peuvent constituer des marqueurs de tumeur.
Les exosomes, biomarqueurs précoces : À un stade précoce du cancer, les concentrations sanguines d'exosomes ont tendance à augmenter pour atteindre des valeurs analytiquement significatives, signalant la présence d'un cancer, ce qui fait des exosomes un biomarqueur précieux en oncologie. Ce sont bien ces exosomes qui sont détectés par le nouveau capteur.
De premiers tests concluants : les premiers tests ont porté non pas sur des échantillons de sang mais sur des solutions aqueuses d'alcool isopropylique à 20 concentrations différentes, de 0,08 % à 72 %. L'alcool étant très soluble dans l'eau, il était possible d'utiliser des concentrations très faibles. Le capteur a démontré sa capacité à détecter et des concentrations très faibles et 2 composants à la fois, mais les chercheurs prévoient de pouvoir analyser un plus grand nombre de composants simultanément- via plus de canaux microfluidiques.
La miniaturisation du dispositif est le second défi : « nous souhaitons aboutir à un dispositif compact et portable pour les tests rapides qui réduira le temps et le coût du diagnostic du cancer, de la surveillance et de l'évaluation de la réponse au traitement ».
Source: Optics Letters April, 2022 DOI: 10.1364/OL.457309 Hybrid nanophotonic–microfluidic sensor for highly sensitive liquid and gas analyses
