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Des chercheurs du laboratoire Little Devices du MIT, ont mis au point un ensemble de blocs modulaires pouvant être assemblés de différentes manières pour produire des dispositifs de diagnostic. Ces dispositifs « plug-and-play », qui nécessitent peu d’expertise pour les assembler, peuvent tester les niveaux de glucose sanguin chez les patients diabétiques, ou détecter une infection virale, entre autres fonctions.

«Notre motivation à long terme est de permettre aux petits laboratoires à faibles ressources de créer leurs propres bibliothèques de diagnostic « plug-and-play » pour traiter leurs patients.», explique Anna Young, co-directrice du Little Devices Lab du MIT de l’Institut de génie médical et des sciences, et l’une des principales auteures de l’article.

En utilisant ce système, appelé « blocs Ampli », l’équipe du MIT travaille sur des dispositifs pour détecter le cancer, ainsi que le virus Zika et d’autres maladies infectieuses. Les blocs sont peu coûteux, coûtant environ 6 cents pour quatre blocs, et ils ne nécessitent pas de réfrigération ou de manipulation spéciale, ce qui les rend attrayants pour une utilisation dans les pays en voie de développement.

« Nous voyons ces kits de construction comme un moyen d’abaisser les barrières à la fabrication de la technologie médicale », explique Jose Gomez-Marquez, co-directeur du Little Devices Lab et l’auteur principal de l’article.

Elizabeth Phillips, un étudiant diplômé à l’Université Purdue, est également un auteur principal de l’article, qui apparaît dans la revue Advanced Healthcare Materials du 16 mai 2018. Les autres auteurs comprennent Kimberly Hamad-Schifferli, professeur agrégé d’ingénierie à l’Université de Massachusetts à Boston et un scientifique invité au département de génie mécanique du MIT; Nikolas Albarran, ingénieur principal au Little Devices Lab; Jonah Butler, un junior MIT et Kaira Lujan, une ancienne étudiante visiteuse au Little Devices Lab.

Des diagnostics personnalisés

Au cours de la dernière décennie, de nombreux chercheurs ont travaillé sur de petits appareils de diagnostic portables basés sur des réactions chimiques qui se produisent sur des bandes de papier. Bon nombre de ces tests utilisent la technologie du flux latéral, qui est la même approche utilisée dans les tests de grossesse à domicile.

Malgré ces efforts, de tels tests n’ont pas été largement déployés. Selon M. Gomez-Marquez, l’un des obstacles est que bon nombre de ces appareils ne sont pas conçus pour la fabrication à grande échelle. De plus, les entreprises peuvent ne pas être intéressées à produire en grande quantité un système de diagnostic pour des maladies qui n’affectent pas un grand nombre de personnes.

Les chercheurs du Little Devices Lab ont réalisé qu’ils pourraient mettre ces diagnostics entre les mains de beaucoup plus de gens s’ils créaient un kit de composants modulaires pouvant être assemblés pour générer exactement ce dont l’utilisateur a besoin. À cette fin, ils ont créé environ 40 blocs de construction différents que les laborantins du monde entier pourraient facilement assembler eux-mêmes, tout comme les gens ont commencé à assembler leurs propres radios et autres appareils électroniques à partir des «tableaux expérimentaux» disponibles dans le commerce dans les années 1970.

« Lorsque la maquette électronique est sortie, cela signifiait que les gens n’avaient pas à se soucier de construire leurs propres résistances ou condensateurs. Ils pouvaient s’occuper de ce qu’ils voulaient réellement utiliser pour l’électronique, qui est de faire le circuit en entier », explique Gomez-Marquez.

plug-and-play

Dans ce cas, les composants sont constitués d’une feuille de papier ou d’une fibre de verre prise en sandwich entre un bloc de plastique ou de métal et une couverture de verre. Les blocs, qui font environ un demi centimètre sur chaque bord, peuvent s’emboîter le long de n’importe quel bord. Certains des blocs contiennent des canaux pour que les échantillons s’écoulent directement, certains ont des tours, et certains peuvent recevoir un échantillon d’une pipette ou mélanger plusieurs réactifs dans le même ensemble.

Les blocs peuvent également effectuer différentes fonctions biochimiques. Plusieurs contiennent des anticorps qui peuvent détecter une molécule spécifique dans un échantillon de sang ou d’urine. Ces anticorps sont attachés à des nanoparticules qui changent de couleur lorsque la molécule cible est présente, indiquant un résultat positif.

Ces blocs peuvent être alignés de différentes manières, permettant à l’utilisateur de créer des diagnostics basés sur une réaction ou une série de réactions. Dans un exemple, les chercheurs ont combiné des blocs qui détectent trois molécules différentes pour créer un test pour l’acide isonicotinique, ce qui peut révéler si les patients atteints de tuberculose prennent leurs médicaments.

Les blocs sont codés en couleur par fonction, ce qui facilite l’assemblage de dispositifs prédéfinis en utilisant des instructions que les chercheurs prévoient de mettre en ligne. Ils espèrent également que les utilisateurs développeront et contribueront à leurs propres spécifications au guide en ligne.

Une meilleure performance

Les chercheurs ont également démontré qu’à certains égards, ces blocs peuvent surpasser les versions précédentes des dispositifs de diagnostic en papier. Par exemple, ils ont découvert qu’ils pouvaient exécuter l’analyse plusieurs fois d’un échantillon sur une bandelette réactive, améliorant ainsi la détection. Cela pourrait faciliter l’obtention de résultats fiables à partir d’échantillons d’urine et de salive, généralement plus dilués que les échantillons de sang, mais plus faciles à obtenir pour les patients.

«Ce sont des choses qui ne peuvent pas être faites avec des tests standard de flux latéral, parce que ceux-ci ne sont pas modulaires, et vous ne pouvez les utiliser qu’une seule fois», explique Hamad-Schifferli.

L’équipe travaille actuellement sur des tests pour le virus du papillome humain, le paludisme et la maladie de Lyme. Ils travaillent également sur des blocs qui peuvent synthétiser des composés utiles, y compris des médicaments, ainsi que des blocs qui incorporent des composants électriques tels que les LED.

Pour les pays en développement

Le but ultime est de mettre la technologie entre les mains des petits laboratoires des pays industrialisés et des pays en développement, afin qu’ils puissent créer leurs propres diagnostics. L’équipe du MIT les a déjà envoyés dans des laboratoires au Chili et au Nicaragua, où ils ont été utilisés pour développer des dispositifs pour surveiller l’adhésion des patients au traitement antituberculeux et tester une variante génétique rendant le paludisme plus difficile à traiter.

Catherine Klapperich, vice-doyenne à la recherche et professeur agrégé de génie biomédical à l’Université de Boston, affirme que ce travail de l’équipe du MIT contribuera à rendre le processus de diagnostique plus inclusif.

«En réduisant les obstacles à la conception de nouveaux papier-fluidiques, ce travail invitera les personnes inexpérimentées et entraînera certainement de nouvelles idées et collaborations partout dans le monde», explique Klapperich, qui n’a pas participé à cette recherche. « ces démonstrations pratiques du système présenté ici sont sur le point d’être immédiatement utiles, tandis que les possibilités pour les autres de s’appuyer sur cet outil sont grandes. »

Les chercheurs étudient maintenant des techniques de fabrication à grande échelle, et ils espèrent lancer une entreprise pour fabriquer et distribuer les kits dans le monde entier. «Nous sommes ravis d’ouvrir cette plateforme à d’autres chercheurs afin qu’ils puissent utiliser les blocs et générer leurs propres réactifs», explique Young.

source : MIT