Un nouveau biocapteur développé pour détecter les protéines des maladies neurogénératives

Merci. Écoutez cet article en utilisant le lecteur ci-dessus. ✖

En combinant plusieurs technologies de pointe dans un seul système, les chercheurs de l’EPFL ont fait un pas en avant significatif dans le diagnostic des maladies neurodégénératives (NDD) telles que la maladie de Parkinson (MP) et la maladie d’Alzheimer (MA). Ce nouveau dispositif est connu sous le nom de capteur ImmunoSEIRA, une technologie de biodétection qui permet la détection et l’identification de biomarqueurs protéiques mal repliés associés aux NDD. La recherche, publiée dans Avancées scientifiques, exploite également la puissance de l’intelligence artificielle (IA) en utilisant des réseaux de neurones pour quantifier les stades et la progression de la maladie. Cette avancée technologique importante est prometteuse non seulement pour la détection précoce et le suivi des NDD, mais aussi pour l’évaluation des options de traitement à différents stades de la progression de la maladie.

Le traitement des maladies neurodégénératives est confronté à un défi important en raison du manque de méthodes de diagnostic efficaces pour la détection précoce et le suivi de la progression de la maladie. Le mauvais repliement des protéines, un mécanisme courant dans la neurodégénérescence, a été identifié comme un événement clé dans la progression de la maladie. On suppose que les protéines saines se replient d’abord en oligomères aux stades précoces et en fibrilles aux stades ultérieurs de la maladie. Ces agrégats de protéines mal repliés circulent dans le cerveau et les biofluides et s’accumulent également sous forme de dépôts dans le cerveau des personnes décédées souffrant de NDD. Mais le développement d’outils pour détecter ces signes révélateurs de la maladie – connus sous le nom de biomarqueurs – est resté insaisissable jusqu’à présent. Les obstacles à une détection précise sont multiples, y compris les limites de la technologie actuelle pour séparer et quantifier avec précision différents agrégats de protéines.

Combinaison de plusieurs technologies avancées en un seul capteur

Pour créer ce capteur biomarqueur NDD avancé, les chercheurs du Laboratoire des systèmes bionanophotoniques (BIOS) du professeur Hatice Altug et du Laboratoire de neurobiologie moléculaire et de neuroprotéomique (LMNN) du professeur Hilal Lashuel ont combiné plusieurs domaines scientifiques : la biochimie des protéines, l’optofluidique, la nanotechnologie et l’intelligence artificielle ( IA). “Contrairement aux approches biochimiques actuelles qui reposent sur la mesure des niveaux de ces molécules, notre approche est centrée sur la détection de leurs structures anormales. Cette technologie nous permet également de différencier les niveaux des deux principales formes anormales impliquées dans le développement et la progression des NDD, les oligomères et des fibrilles », déclare Lashuel

Le capteur ImmunoSEIRA utilise une technologie appelée spectroscopie d’absorption infrarouge améliorée en surface (SEIRA). Cette méthode permet aux scientifiques de détecter et d’analyser les formes de molécules spécifiques associées à la maladie, appelées biomarqueurs, associées aux maladies neurodégénératives. Le capteur est équipé d’un immunoessai unique, qui agit comme un détective moléculaire, identifiant et capturant ces biomarqueurs avec une grande précision.

« Dans notre article, nous présentons une solution technologique qui intègre la nanoplasmonique, la nanofabrication en salle blanche, la microfluidique, l’immunodosage, l’IA et les méthodes biochimiques avancées », explique le doctorant et auteur principal de l’article Deepthy Kavungal. “Notre capteur ImmunoSEIRA présente une sensibilité structurelle et la capacité de surveiller un panel de biomarqueurs complémentaires avec une spécificité élevée à partir de petits volumes d’échantillons dans des biomatrices complexes.”

Combiner la puissance des nanotechnologies et de l’intelligence artificielle

Le capteur ImmunoSEIRA comprend des réseaux de nanotiges d’or avec des anticorps pour la détection de protéines spécifiques. Il permet la capture spécifique en temps réel et l’analyse structurelle de biomarqueurs cibles à partir d’échantillons extrêmement petits. Les réseaux de neurones, un sous-ensemble d’algorithmes d’IA, sont ensuite utilisés pour identifier la présence de formes de protéines mal repliées spécifiques, les agrégats oligomères et fibrillaires, atteignant un niveau de précision de détection sans précédent à mesure que les maladies progressent. Lashuel pense qu’il s’agit d’une avancée significative dans la détection des maladies, ajoutant que, “puisque le processus de la maladie est étroitement associé à des changements dans la structure des protéines, nous pensons que les biomarqueurs structurels, en particulier lorsqu’ils sont intégrés à d’autres biomarqueurs biochimiques et de neurodégénérescence, pourraient ouvrir la voie à un diagnostic plus précis et un suivi de la progression de la maladie.

L’équipe de recherche de l’EPFL est allée plus loin pour montrer que le capteur ImmunoSEIRA peut être utilisé dans des conditions cliniques réelles, c’est-à-dire dans des biofluides. Ils ont pu identifier avec précision la signature spécifique des fibrilles anormales, un indicateur clé des maladies neurodégénératives, même dans des fluides complexes comme le liquide céphalo-rachidien humain (LCR). Le professeur Altug explique que la prochaine étape avec cette nouvelle technologie “est de continuer à étendre ses capacités et à évaluer son potentiel de diagnostic dans la maladie de Parkinson et le nombre croissant de maladies causées par le mauvais repliement et l’agrégation des protéines”.

Les résultats de cette étude marquent une avancée significative dans les domaines de la biodétection, de la spectroscopie infrarouge, de la nanophotonique et des biomarqueurs des maladies neurodégénératives. Le déploiement du capteur ImmunoSEIRA assisté par l’IA est une avancée bienvenue pour la détection précoce des NDD, la surveillance des maladies et l’évaluation de l’efficacité des médicaments, répondant au besoin critique d’une intervention et d’un traitement rapides des maladies neurodégénératives.

Référence: Kavungal D, Magalhães P, Kumar ST, Kolla R, Lashuel HA, Altug H. Capteur infrarouge plasmonique couplé à l’intelligence artificielle pour la détection de biomarqueurs de protéines structurelles dans les maladies neurodégénératives. Sci Adv. 2023;9(28):eadg9644. est ce que je: 10.1126/sciadv.adg9644

Cet article a été republié à partir de ce qui suit matériaux. Remarque : le matériel peut avoir été modifié pour la longueur et le contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source citée.