9.5 Rôle des nanocapteurs dans le diagnostic de la tuberculose
La bactérie du tubercule a une croissance lente, prenant 1 à 2 mois pour une croissance in vitro (Tortoli et al., 1997 ; Davies et al., 1999). Par conséquent, il est difficile de détecter la présence d’une infection à son stade précoce. La coloration de Ziehl-Neelsen est la méthode conventionnelle pour son identification. Cette coloration est nécessaire pour l’identification préliminaire de l’organisme responsable, mais elle manque de sensibilité (Moore et Curry, 1998 ; Mahaisavariya et al., 2005). Les méthodes conventionnelles de culture des mycobactéries prennent beaucoup de temps et nécessitent plusieurs semaines. La réaction en chaîne par polymérase (PCR) est une méthode sensible de détection précoce des mycobactéries, mais le processus d’amplification nécessite un temps de traitement important, des produits chimiques et des réactifs, ce qui contribue au coût élevé du test. En outre, cette méthode est coûteuse et exige une main-d’œuvre importante (Tombelli et al., 2000 ; Minnuni et al., 2005). Il est donc urgent de mettre au point une méthode de diagnostic rapide, peu coûteuse et pratique pour la détection de la tuberculose. À cet égard, les biocapteurs semblent être une bonne option. La technologie des biocapteurs est de plus en plus demandée pour la détection rapide et précise de la tuberculose avec une affinité et une spécificité élevées. La technologie des biocapteurs a le potentiel de fournir une analyse qualitative et quantitative et est exempte de marqueurs radioactifs ou fluorescents (Tombelli et al., 2000, Zhou et al., 2001 ; Yao et al., 2008).
Ces dernières années, au vu des avantages de diverses études remarquables réalisées en nanotechnologie, des efforts importants ont été faits pour la combiner avec la technologie des biocapteurs hautement sensibles et précis afin de développer des nanobiocapteurs. Les systèmes de nanocapteurs sont utilisés efficacement dans le diagnostic des maladies, la surveillance de l’environnement, le contrôle de la qualité des aliments et la défense comme une approche intelligente (Zhou et al., 2011 ; Rai et al., 2012 ; Singh et al., 2014). Par exemple, en utilisant des nanocapteurs recouverts d’or, Duman et al. (2009) ont démontré la détection de molécules cibles (produits synthétiques et PCR) très efficacement à des niveaux nanomolaires. Un oligodéoxynucléotide simple brin portant un groupe thiol à l’extrémité et complémentaire de la séquence caractéristique cible du complexe MTB a été utilisé comme sonde immobilisée sur la surface recouverte d’or des lames à résonance plasmonique de surface. Il est intéressant de noter que la plateforme de détection est réutilisable et a une longue durée de conservation. Un biocapteur à microbalance à cristal de quartz (QCM) associé à des AuNPs a été développé pour la détection de MTB (Kaewphinit et al., 2012). Selon l’étude, les AuNPs ont amélioré la sensibilité de l’électrode en or immobilisée du cristal de quartz en utilisant la sonde oligonucléotidique spécifique modifiée par un thiol. Le QCM s’est avéré capable de détecter jusqu’à 5 pg d’ADN génomique de MTB sans montrer d’hybridation croisée avec d’autres mycobactéries.
Au cours des dernières années, de nombreuses techniques ont exploité les matériaux à l’échelle nanométrique pour concevoir des biocapteurs à haute spécificité et efficacité. Parmi tous les nanomatériaux, les oxydes métalliques présentent un intérêt particulier en raison de leurs propriétés physiques, chimiques et catalytiques uniques (Shi et al., 2014). Das et al. (2010) ont fait une tentative importante pour diversifier l’application de ces oxydes métalliques dans la génération de nanobiocapteurs pour la détection de mycobactéries. Ils ont déposé de l’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique sur la plaque de verre recouverte d’indium-tin-oxyde (ITO). La présence de films de ZnO nanostructurés a permis d’augmenter la surface électro-active pour le chargement des molécules d’ADN et pour la détection de l’ADN cible génomique jusqu’à 100 pM, ce qui permet la détection directe des agents pathogènes dans les échantillons cliniques au point de soins. Les principales caractéristiques de la technique sont les suivantes (i) l’immobilisation covalente du capteur sans utiliser de réticulant qui pourrait limiter sa sensibilité ; (ii) la limite de détection de 0,065 ng/µL ; (iii) le processus de détection ne nécessite que 60 s ; (iv) peut être réutilisé jusqu’à 10 fois ; et (v) est stable jusqu’à 4 mois à 4°C. Il s’agit donc d’un nanobiocapteur efficace pour le diagnostic rapide et précis des mycobactéries (Das et al., 2010). L’oxyde de zirconium (ZrO2) est un important oxyde de métal avec une plus grande stabilité et inertie. De plus, il a une affinité envers les groupes contenant de l’oxygène. Das et al. (2011) ont développé des nanocomposites d’oxyde de zirconium et de nanotubes de carbone (NanoZrO2-CNT) à base de nanocapteurs d’acide nucléique déposés sur ITO. Le groupe a utilisé cette électrode (NanoZrO2-CNT/ITO) pour l’immobilisation d’un ADN sonde simple brin (ssDNA) spécifique de MTB afin de révéler son application au biocapteur pour la détection des acides nucléiques.
Thiruppathiraja et al. (2011) ont fabriqué et évalué le biocapteur électrochimique d’ADN pour l’ADN génomique de Mycobacterium sp. en utilisant un amplificateur de signal comme des nanoparticules d’or à double marquage (AuNPs). La méthode implique la stratégie de détection en sandwich comprenant deux types de sondes d’ADN : les sondes de l’enzyme ALP et la sonde de détection conjuguée aux AuNPs. Ces deux sondes étaient spécifiques de l’ADN génomique de Mycobacterium sp. Selon l’étude, dans des conditions optimisées, la limite de détection de la méthode était de 1,25 ng/mL d’ADN génomique. Les nanocapteurs en question étaient également prometteurs et l’évaluation des échantillons de crachats cliniques a montré une sensibilité et une spécificité supérieures. Une autre étude (Torres-Chavolla et Alocilja, 2011) a également fabriqué, avec des approches différentes, un biocapteur à base d’ADN comprenant des AuNPs et des particules magnétiques à terminaison amine (MPs) pour détecter les mycobactéries. L’étude a utilisé l’amplification isotherme dépendante de l’hélicase thermophile (tHDA) et des AuNPs recouverts de dextrine comme rapporteurs électrochimiques. Les AuNPs et les MPs ont été fonctionnalisés indépendamment avec différentes sondes d’ADN qui s’hybrident spécifiquement avec un fragment dans un gène de mycobactérie. Par la suite, ce groupe a séparé magnétiquement le complexe MP-cible-AuNPs de la solution et a détecté les AuNPs par voie électrochimique. Torres-Chavolla et Alocilja (2011) ont affirmé que la sensibilité de cette méthode était de 0,01 ng/μL de cible de 105 pb amplifiée de manière isotherme. Un tel capteur peut donc être utilisé pour analyser régulièrement les échantillons cliniques suspectés de contenir des mycobactéries.
En plus des nanoparticules d’oxyde métallique, le silicium poreux reçoit également plus d’attention concernant les applications de biocapteurs, principalement dans les applications sans étiquette. Wu et al. (2012) ont fait usage d’un biocapteur à microcavité en silicium poreux à l’échelle nanométrique pour le sérodiagnostic rapide de MTB. Grâce à une série d’expériences, l’étude a démontré la faisabilité de ce biocapteur pour la détection de l’interaction entre l’antigène 16 kDa et l’anticorps 16 kDa. La détection de la TB-MR est de la plus haute importance. Dans une étude récente, Li et al. (2014) ont rapporté le développement d’un capteur d’ADN pour la détection spécifique du gène rpoB de MDR-TB en utilisant l’oxyde de graphène fonctionnalisé par un complexe de ruthénium (II) (Ru-GO) comme interface de détection en suspension et l’ADN simple brin marqué au ferrocène (FC-ssDNA) comme contrôleur d’intensité d’électrochimioluminescence (ECL). Le test repose sur le principe selon lequel, lorsque la cible ADN-ss mutant s’hybride avec l’ADN-ss FC, elle est libérée de la surface du Ru-Go, ce qui entraîne la récupération de l’ECL. Le dosage est signalé comme ayant une plage de détection de 0,1 à 100 nM et une sensibilité de 0,04 nM.
Il est nécessaire de mener d’autres études qui se concentrent principalement sur la fabrication de divers nanocapteurs pour le diagnostic d’une maladie aussi redoutable. Parce que cette technique est très sensible, qu’elle nécessite peu de préparation d’échantillons et qu’elle est rapide, spécifique, bon marché et facile à utiliser ; elle a un grand potentiel pour le diagnostic clinique de la tuberculose.