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Feb 13, 2024

Les ingénieurs du MIT utilisent la lumière contenue dans des billes pour détecter rapidement les agents pathogènes

Jongwan Lee et coll. En vous abonnant, vous acceptez nos conditions d'utilisation et nos politiques. Vous pouvez vous désinscrire à tout moment. Les ingénieurs du MIT ont découvert une nouvelle signature optique dans une classe largement utilisée de

Jongwan Lee et al.

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Les ingénieurs du MIT ont découvert une nouvelle signature optique dans une classe largement utilisée de billes magnétiques, permettant une détection rapide des contaminants dans divers tests de diagnostic.

Par exemple, leur étude, accessible sur ArXiv (en attente d’examen par les pairs), a mis en évidence la nouvelle capacité des billes à exposer rapidement des traces de l’agent pathogène d’origine alimentaire Salmonella.

Outre son effet sur la sécurité alimentaire, cette innovation pourrait fournir aux experts médicaux une méthode permettant d'identifier rapidement et avec précision la source de la maladie dans un échantillon donné.

Dans le monde du diagnostic, attendre les résultats des tests peut s’avérer frustrant et prendre beaucoup de temps. Qu'il s'agisse d'une analyse de sang, d'une analyse de la pollution de l'eau ou d'une vérification de la contamination des aliments, le délai d'exécution dépend souvent d'étapes laborieuses de traitement et d'analyse des échantillons.

Les ingénieurs du MIT pourraient bientôt révolutionner ce scénario, en offrant une détection rapide et précise des contaminants.

La clé de leur progrès réside dans un outil de laboratoire commercial : des billes magnétiques microscopiques connues sous le nom de Dynabeads. Recouvertes d’anticorps qui s’accrochent à des molécules cibles spécifiques, ces billes constituent un élément essentiel des installations expérimentales depuis des années.

Pourtant, les chercheurs ont été aux prises avec la nécessité d’étapes supplémentaires pour confirmer la présence de molécules attachées aux billes.

Entrez dans la puissance de l’optique, en particulier de la spectroscopie Raman, exploitée pour une détection rapide des agents pathogènes.

Jongwan Lee et al.

La nouvelle étude a dévoilé les propriétés optiques extraordinaires des Dynabeads qui peuvent accélérer le processus de confirmation. Les chercheurs ont exploité la diffusion unique de la lumière, ou « signature Raman », présentée par différentes molécules.

Lors de la détection, il fournit une confirmation presque instantanée – en moins d’une seconde – de la présence d’un agent pathogène cible dans un échantillon.

L'objectif principal de l'équipe était de détecter la célèbre contaminante alimentaire Salmonella. En démontrant l’applicabilité de leur technique, les chercheurs ont souligné la possibilité d’identifier rapidement les agents pathogènes bactériens qui présentent des risques pour la santé.

"Vous pourriez acheter des Dynabeads contenant des anticorps E.coli, et la même chose se produirait", a expliqué le co-auteur, professeur adjoint Loza Tadesse du Département de génie mécanique, dans un communiqué de presse.

"Cela se lierait à la bactérie et nous serions capables de détecter la signature Dynabead car le signal est extrêmement puissant."

Les implications sont vastes et pourraient avoir un impact sur les diagnostics médicaux.

"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", a déclaré Marissa McDonald, co-auteure de l'étude et étudiante diplômée du programme Harvard-MIT en santé. Sciences et technologies.

"De plus, nous espérons que cette approche mènera à terme à un accès élargi aux diagnostics avancés dans des environnements aux ressources limitées."

Le développement d’un appareil portable capable d’accélérer le processus de détection d’une gamme d’agents pathogènes bactériens est actuellement en cours de développement.

Alors que les ingénieurs du MIT explorent une voie plus rapide pour confirmer la présence d’agents pathogènes, le paysage du diagnostic est sur le point de se transformer.

Grâce à leur utilisation innovante de la spectroscopie Raman, le temps d’attente pour obtenir des résultats critiques pourrait bientôt appartenir au passé. Alors que l’équipe continue d’affiner son approche, le monde anticipe un avenir où une détection rapide et fiable deviendra la nouvelle norme.

L'étude complète, qui n'a pas encore été évaluée par des pairs, a été publiée dans Arxiv et peut être consultée ici.

Résumé de l'étude :

Les Dynabeads sont des particules superparamagnétiques utilisées pour la purification immunomagnétique des cellules et des biomolécules. Cependant, après la capture, l’identification de la cible repose sur une culture fastidieuse, une coloration par fluorescence et/ou une amplification de la cible. La spectroscopie Raman présente une alternative de détection rapide, mais les mises en œuvre actuelles ciblent les cellules elles-mêmes avec des signaux Raman faibles. Nous présentons les Dynabeads recouvertes d’anticorps en tant que marqueurs rapporteurs Raman puissants dont l’effet peut être considéré comme un parallèle Raman des sondes immunofluorescentes. Les développements récents dans les techniques de séparation des Dynabeads liés à la cible des Dynabeads non liés rendent une telle mise en œuvre réalisable. Nous déployons Dynabeads anti-Salmonella pour lier et identifier Salmonella enterica, un pathogène d'origine alimentaire majeur. Les Dynabeads présentent des pics de signature à 1 000 et 1 600 1/cm provenant de l'étirement CC aliphatique et aromatique du polystyrène, et à 1 350 1/cm et 1 600 1/cm à partir de l'amide, de l'hélice alpha et de la feuille bêta des revêtements d'anticorps du noyau Fe2O3, confirmés par Imagerie à rayons X à dispersion électronique (EDX). Leur signature Raman peut être mesurée dans des échantillons secs et liquides, même lors d'une imagerie de zone d'environ 30 x 30 micromètres en une seule fois, à l'aide d'une acquisition laser de 0,5 s et 7 mW avec des billes simples et groupées, fournissant une intensité Raman 44 et 68 fois plus grande que la signature. à partir de cellules. Une teneur plus élevée en polystyrène et en anticorps dans les grappes donne lieu à une intensité de signal plus grande et la conjugaison aux bactéries renforce le regroupement, car une bactérie peut se lier à plus d'une bille, comme observé par microscopie électronique à transmission (TEM). Nos résultats mettent en lumière la nature intrinsèque du rapporteur Raman des Dynabeads, démontrant leur double fonction d'isolement et de détection de cibles sans préparation d'échantillon supplémentaire, coloration ou ingénierie de substrat plasmonique unique, faisant progresser leurs applications dans des échantillons hétérogènes comme la nourriture, l'eau et le sang.