Dans une étude récemment publiée dans la revue Petit, les auteurs présentent une revue des technologies à l'échelle micro et nanométrique qui ont fait progresser le diagnostic des maladies virales.
Étude :Technologies micro et nanométriques pour le diagnostic des infections virales. Crédit d'image :nito/Shutterstock.com
Le diagnostic des infections virales dépend largement de la capacité à mesurer des molécules virales telles que des oligonucléotides ou des glycoprotéines dans un échantillon biologique. Certaines des méthodes conventionnelles utilisées pour ce faire comprennent la réaction en chaîne par polymérase (PCR), dosages immunologiques en phase solide (SPI), culture de cellules, et l'immunofluorescence.
Bien que ces méthodes soient fiables et rapides, ils sont souvent associés à plusieurs limitations dont un coût relativement élevé, la complexité des méthodes, le besoin de personnel formé pour mener ces expériences, et un manque de haute précision. Ces approches sont également incapables de détecter environ un tiers des infections virales respiratoires, gastro-entérite virale, et l'encéphalite virale.
Clairement, il reste un besoin de technologies de diagnostic peu coûteuses et pratiques, portable, fiable, précis, et autoriser les applications au point de service (POC). L'émergence de technologies à l'échelle micro et nanométrique a offert une solution potentielle aux défis associés aux méthodes conventionnelles utilisées pour le diagnostic viral.
Certains des principaux avantages associés aux technologies à micro et nanoéchelle comprennent la miniaturisation, automatisation, praticité, et convivialité. Ces technologies utilisent souvent des canaux microfluidiques à faible coût avec un rapport surface/volume élevé et des exigences de volume minimales, réduisant ainsi la consommation d'échantillons et de réactifs coûteux. Les technologies à l'échelle micro et nanométrique sont des solutions rentables capables de détecter l'énorme diversité de virus mammifères connus pour infecter les humains.
À ce jour, des technologies à l'échelle micro et nanométrique ont été utilisées pour améliorer tous les aspects des processus de diagnostic des maladies virales. Cela comprend l'échantillonnage, traitement des échantillons, reconnaissance, enrichissement, méthodes de détection.
Différents types d'échantillons prélevés sur le corps humain peuvent être utilisés pour détecter des molécules virales à des fins de diagnostic. Pour la plupart des tests de laboratoire, ces échantillons comprennent de la salive, sperme, urine, expectorations, et les excréments. Cependant, des prélèvements peuvent également être prélevés lorsque le patient subit une intervention chirurgicale et/ou est sous anesthésie, qui comprend le cérébrospinal, amniotique, corde, ou du liquide synovial.
Les écouvillons à base de patch Microneedle (MN) sont utilisés depuis plusieurs décennies à des fins d'échantillonnage. Certains avantages associés aux patchs MN incluent une surface élevée et la capacité de pénétrer profondément dans la peau, permettant ainsi la capture efficace des virus. En réalité, lorsqu'il est utilisé pour le diagnostic étiologique précoce du COVID-19, des taux élevés de « faux négatifs » ont été évités.
Plusieurs types différents de dispositifs de prélèvement d'air expiré pour la détection virale ont également été développés sur la base de technologies à l'échelle micro et nanométrique. Par rapport aux dispositifs d'expiration précédents qui sont très inconfortables, ces nouveaux dispositifs sont plus confortables et peuvent donc être utilisés pour la détection précoce des infections virales respiratoires.
Parmi les différentes technologies à l'échelle micro et nanométrique qui ont été utilisées pour faire progresser les méthodes de détection virale, on trouve les technologies microfluidiques. Le traitement des échantillons microfluidiques peut détecter rapidement les agents pathogènes viraux dans un environnement dynamique.
Les technologies de laboratoire sur puce équipées de systèmes microfluidiques ont produit des résultats prometteurs pour leur utilité dans le diagnostic des virus. Chaque canal du système microfluidique a une fonction spécifique telle que la préparation des échantillons, mélange de réactifs, ou détection, permettant ainsi l'intégration de méthodes de détection conventionnelles dans une puce miniaturisée.
Certains avantages associés à ce type de dispositif de diagnostic comprennent des exigences de volume d'échantillon minimales et une polyvalence à la fois à des fins cliniques et personnelles. Par ailleurs, ces dispositifs microfluidiques sont également capables de séparer toute molécule indésirable de la cible d'intérêt, permettant ainsi de détecter facilement les virus dans le sang, salive, écouvillonnages nasopharyngés, ou des échantillons d'urine.
Comme de nombreux échantillons auront de faibles concentrations de biomarqueurs importants qui sont utilisés pour appuyer le diagnostic d'un virus, des techniques de reconnaissance et d'enrichissement précises et fiables sont essentielles. Comme les virus sont des organismes extrêmement petits qui peuvent mesurer entre 20 et 90 nanomètres (nm), il est crucial que les méthodes de reconnaissance et d'enrichissement soient capables d'isoler, visualisation, et différencier ces petits micro-organismes des autres molécules dans l'échantillon.
À cette fin, plusieurs nanoparticules différentes dont des points quantiques, ainsi que des nanoparticules carbonées et métalliques, ont été utilisés pour diverses applications virales. En particulier, des nanoparticules fonctionnalisées qui ont été conjuguées à des biomolécules comme des acides nucléiques, anticorps, ou des protéines ont augmenté la spécificité des techniques d'amplification en détectant des virus, même lorsqu'il est présent à de très faibles concentrations.
Plusieurs techniques de détection basées sur des technologies micro et nanométriques ont été développées dans le but d'améliorer la sensibilité, rentabilité, et la facilité d'utilisation par rapport aux méthodes de détection conventionnelles.
Techniques basées sur les nanoparticules, par exemple, utilisent souvent des nanoparticules métalliques et non métalliques en raison de leur utilité dans la détection des maladies infectieuses. Certaines des nanoparticules métalliques les plus courantes qui ont été utilisées à cette fin comprennent l'or, argent, oxyde de fer, oxyde de zinc, et des nanoparticules de dioxyde de titane.
Plusieurs techniques basées sur des puces électroniques ont également été utilisées pour la détection de virus. Capteurs optiques, capteurs électroniques, électromagnétique, biocapteurs piézoélectriques, et les biocapteurs à microréseau d'acide désoxyribonucléique (ADN) sont quelques-unes des différentes technologies qui ont été couplées à des plates-formes sur puce pour miniaturiser les méthodes de diagnostic.
Certaines des différentes méthodes qui ont été utilisées pour produire des dispositifs microfluidiques faciles à utiliser et à faible coût comprennent le micro-usinage, fraisage à commande numérique par ordinateur, lithographie douce, et le dioxyde de carbone (CO
Des méthodes d'impression bidimensionnelle (2D) et tridimensionnelle (3D) ont également été utilisées pour accélérer la production de divers dispositifs de diagnostic viral. Surtout, L'impression 3D peut être combinée avec d'autres méthodes de fabrication conventionnelles, comme l'usinage, fraisage, et lithographie, dans le but de fabriquer des dispositifs complexes.
Les méthodes de fabrication supplémentaires qui ont été discutées pour leur utilité dans la production de systèmes à l'échelle micro et nanométrique à des fins de diagnostic viral comprennent la sérigraphie, xurographie, et labo-sur-circuit imprimé (PCB).
Globalement, les micro et nanotechnologies jouent un rôle de plus en plus important dans les processus de diagnostic viral. La validation clinique et l'optimisation de ces technologies sont encore nécessaires pour faire progresser leur intégration tant dans la recherche que dans les applications cliniques.
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