À l’aide d’une imprimante jet d’encre standard, des chercheurs de la Faculté de médecine du Génome de l’Université de Stanford assurent avoir créé un laboratoire de diagnostic réutilisable sur une puce qui coûte seulement 1 cent à fabriquer. Cette nouvelle technologie pourrait aider à améliorer considérablement les capacités de diagnostic dans le monde entier et aider à accélérer la recherche en fournissant l’accès à des analyses de cellules et permettant de diagnostiquer des maladies à bon marché et facilement.
Selon les chercheurs, des outils de diagnostic bon marché comme celui-ci pourraient nettement améliorer les résultats médicaux dans une grande partie du monde en développement. Avec des taux de survie du cancer du sein d’à peine 40% dans les pays pauvres et d’autres maladies mortelles comme la tuberculose, le paludisme et le VIH, une intervention précoce grâce à un outil de diagnostic aussi accessible pourrait sauver de nombreuses vies.
«La détection précoce des maladies est l’une des meilleures opportunités que nous ayons pour développer des traitements efficaces», a déclaré Rahim Esfandyarpour, Ph.D., chercheur en ingénierie au Stanford’s Genome Center. « Peut-être qu’un dollar aux États-Unis ne compte pas autant, mais quelque part dans le monde en développement, c’est beaucoup d’argent. »
Système en deux parties, le laboratoire sur puce (lab-on-a-chip) utilise un amalgame de microfluidiques (technologie de manipulation et de contrôle des fluides aux des échelles miniatures), de l’électronique et l’impression jet d’encre pour créer les circuits de connexion. Une chambre microfluidique transparente constituée de silicone constitue la première partie de la puce et fournit un réceptacle pour les cellules testées, et un couvercle pour la zone de composant de la bande de composants électroniques réutilisables. La deuxième partie est un film de polyester avec des circuits créés à l’aide d’une encre à nanoparticules conductrice facilement disponible, qui est appliquée à l’aide d’une imprimante jet d’encre ordinaire.
«Nous l’avons conçu pour éliminer le besoin de salles blanches et de personnel qualifié pour fabriquer un tel dispositif», a déclaré Rahim Esfandyarpour. « Une puce peut être produite en environ 20 minutes. »
Destinée à être utilisée comme unité multifonctionnelle, une application comprend la capacité d’analyser différents types de cellules sans avoir besoin de marqueurs fluorescents ou magnétiques habituellement nécessaires pour le suivi des cellules. Au contraire, l’unité isole les types de cellules en utilisant leurs propriétés électriques innées dans un processus connu sous le nom de diélectrophorèse. En effet, lorsque le courant électrique traverse la bande imprimée par jet d’encre, les cellules qui ont été distillées dans la chambre microfluidique sont déplacées dans diverses directions en fonction de leur « polarisabilité ».
En d’autres termes, comme les électrons dans la composition atomique de différentes cellules réagissent avec différents degrés de distribution de charge à un courant électrique appliqué en formant des champs magnétiques uniques, de même la cellule qui les contient aura tendance à se déplacer dans une direction spécifique influencée par ces champs magnétiques. Cette méthode d’analyse, affirment les chercheurs, améliore énormément la précision et réduit les méthodes d’étiquetage complexes et fastidieuses.
Apparemment capable de réaliser les procédés associés à un équipement de diagnostic beaucoup plus compliqué et coûteux, comme la séparation de cellules uniques d’un mélange, l’isolement de cellules rares ou peu communes et l’énumération de cellules sur la base du type, le coût du laboratoire sur puce de Stanford est beaucoup moins cher que les dispositifs individuels normalement requis pour effectuer chacune de ces fonctions. Les chercheurs citent l’exemple qu’une machine de cytométrie de flux autonome utilisée par les laboratoires pour trier et compter les cellules coûte environ 100 000 dollars à acheter, et encore plus lorsque les coûts récurrents sont inclus.
«La motivation était vraiment la façon d’exporter la technologie et la façon de diminuer le coût des choses», a déclaré Ron Davis, PhD, professeur de biochimie et de génétique et directeur du Stanford Genome Technology Center. « Le projet du génome a changé la façon dont beaucoup de médecine est faite, et nous voulons continuer avec toutes sortes d’autres technologies qui sont vraiment peu coûteuses et accessibles. »
Les chercheurs estiment que la nature peu coûteuse de leur dispositif peut également ouvrir un tout nouveau monde de diagnostic médical peu coûteux et facilement accessible d’une manière que le séquençage à faible coût d’ADN permet maintenant aux médecins d’enquêter sur l’ADN des tumeurs facilement. De même, le laboratoire sur puce peut également fournir les moyens de détecter les cellules tumorales dans la circulation sanguine et de permettre un diagnostic plus précoce du cancer.
Beaucoup moins compliqués que les appareils à base de photonique, mais encore plus capables que de simples outils de bande de test sur papier, les chercheurs espèrent que leur dispositif déclenchera une révolution dans les outils de diagnostic pour la recherche médicale en le rendant facilement disponible, peu coûteux et à la disposition de presque tout le monde.
