Un biocapteur portable détecte l’inflammation buccale au niveau moléculaire

Des chercheurs de Texas A&M University ont mis au point un biocapteur portable, adhésif aux tissus, capable de détecter avec une précision moléculaire des biomarqueurs de l’inflammation dans la bouche. Aujourd’hui, le dépistage des maladies gingivales nécessite généralement un examen visuel au fauteuil dentaire, ce qui conduit souvent à identifier le problème seulement après le début des lésions tissulaires.

Un professeur associé en génie civil et environnemental a développé et testé un capteur multicouche capable de fonctionner dans l’environnement buccal humide et de rester fixé pendant la parole et l’alimentation. La couche de détection spécialisée du patch cible la protéine tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), un biomarqueur clé de l’inflammation. Les travaux sont publiés dans la revue Science Advances.

La couche de détection graphene-MXene peut se lier à des sondes spécifiques qui ne se fixent qu’à la protéine cible. Cette couche est intrinsèquement conductrice et, lorsque des molécules telles que la protéine visée s’y lient, la variation de charge peut être mesurée. Cela permet une détection très sensible à l’échelle du femtogramme par millilitre (fg/mL).

L’étude rapporte une détection dès 18.2 fg/mL. Pour donner un ordre d’idée, un quadrillion de femtogrammes — soit un 1 suivi de 15 zéros — équivaut à seulement 1 gramme. Le capteur pourrait détecter 100 à 150 par millilitre, tandis qu’à titre de comparaison, un patient atteint d’une infection virale peut présenter des symptômes à 10 millions ou 1 milliard de copies virales par millilitre. Atteindre une telle sensibilité peut être difficile, en particulier si des biomarqueurs indésirables sont également détectés. Toutefois, les couches externes contribuent à améliorer la sélectivité du patch.

L’hydrogel adhésif aux tissus comprend aussi une couche d’hydrogel à perméabilité sélective, qui aide à filtrer les molécules indésirables. Un professeur assistant en génie mécanique de Michigan State a contribué au développement de l’hydrogel adhésif aux tissus et de l’hydrogel à perméabilité sélective. La forte adhésion aux tissus améliore également la précision de la couche de détection.

Les mesures de détection peuvent être fortement influencées par les mouvements dynamiques des tissus. Une liaison tissulaire plus robuste permet d’obtenir des performances de détection plus fiables, indépendamment des contraintes mécaniques. La couche à perméabilité sélective agit comme une maille en treillis, ne laissant passer que des molécules d’une certaine taille. Des interactions chimiques entre cette couche et les biomarqueurs pourraient aussi contribuer à la sélectivité.

Les chercheurs ont testé de manière systématique quelques biomolécules de taille similaire. En raison de l’interaction entre la biomolécule et le réseau polymère environnant, la sélectivité s’en trouve renforcée, ce qui permet de distinguer le transport de différentes biomolécules. Les travaux futurs consisteront à étudier ces interactions afin, potentiellement, de concevoir des hydrogels spécifiques interagissant avec certaines biomolécules pour cibler une variété de biomarqueurs.

Les chercheurs ont évalué le patch non invasif avec l’aide d’un Regents' Professor du Department of Microbial Pathogenesis and Immunology du College of Medicine de Texas A&M. Dans ce cas, ils ont choisi des cobayes, car ils sont relativement faciles à manipuler et partagent un certain nombre de caractéristiques avec l’humain, notamment en ce qui concerne l’inflammation buccale.

La protéine TNF-α est une cytokine presque toujours impliquée dans l’inflammation associée aux infections des tissus mous. L’objectif était d’évaluer si ce type de système permettrait une détection rapide au point de soin (point-of-care). Un professeur associé en odontologie de University of Michigan a souligné l’importance de détecter le TNF-α dans la cavité buccale et a apporté des éclairages précieux sur les biomarqueurs et les maladies dentaires.

Les infections buccales peuvent entraîner de graves problèmes de santé, tels que les maladies gingivales et la perte de dents, et peuvent s’aggraver si elles ne sont pas traitées. La capacité à diagnostiquer rapidement les infections avant l’apparition des symptômes pourrait faire évoluer la santé bucco-dentaire d’une approche réactive vers une action anticipatrice.

Les animaux de cette étude ont été utilisés uniquement pour démontrer la faisabilité du concept. Les prochains jalons de ce système seront des essais cliniques chez l’animal — puis, à terme, chez l’humain. De futures études pourraient également adapter ce type de biocapteur à d’autres parties du corps et à d’autres biomarqueurs, compte tenu de la polyvalence des matériaux utilisés.