Publié dans Biotech Info N° 496 du 8 Septembre 2010

Biopuces & Biocapteurs :

un savoir-faire de l’INAC « à la pointe »

 

L’équipe Structure et propriétés des architectures moléculaires (SPrAM) de l’Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC) au CEA de Grenoble tutoie la technique SPRI pour maîtriser autant biopuces, biocapteurs, bioplumes ou autre bioaptamères … Décryptage !

 A commencer par le bijou du laboratoire : l‘imagerie par résonnance de plasma de surface, ou SPRI ….et de là ses multiples utilisations. Greffage d’anticorps pour détecter des cellules ou des bactéries afin d’avoir une réponse spécifique précise instantanément, greffage d’aptamères servant à détecter certaines protéines telle la thrombine, marqueur sanguin précurseur des accidents cardiovasculaires, etc. « Une biopuce c’est comme un plateau à fromages, tous différents, sur lequel des souris d’affinités variables iraient choisir leur spécialité fromagère préférée »  image Yoann Roupioz, chercheur CNRS au sein de l’équipe de Chimie de la Reconnaissance et Etudes d’Assemblages Biologiques, assimilant les souris aux cibles (telles les bactéries ou cellules), les fromages aux éléments de reconnaissance, reliés à des transducteurs (dans ce dispositif de biocapteurs des tapettes à souris donc !) déclenchant un signal.  Un signal qui pourrait être mécanique, électrique, physique, fluorescent …et dans le cas présent optique par résonnance de plasmons de surface.

Comment ?

L’électrochimie est au dépôt de sonde ce qu’est l’aiguille à la couture.  « En collaboration avec des collègues du CNRS à Toulouse, nous avons pu réaliser des dépôts de quelques microns, soit la taille d’un lymphocyte» affirme . Roupioz. Techniquement il s’agit d’un micro-levier en silicium similaire à un stylo plume dont le canal est métallisé pour assurer un contact electrique. L’application d’un potentiel au niveau de cette électrode – qui boucle alors le circuit- permet ainsi de déposer des plots de sondes (anticorps, enzymes, polymères…) sur un film d’or monté sur lame de verre et adapté pour la microscopie optique en champ proche. Parmi les objectifs visés avec un tel dispositif, celui de la détection en SPRI de protéines de cellules sanguines. « Nous développons des outils pour analyser le comportement individuel des cellules, comme par exemple la sécrétion d’interleukine à l’échelle unicellulaire » explique Y. Roupioz. Pour la dite analyse : un banc de SPRI utilisé dans l’obscurité absolue, muni d’une source de lumière, d’un polariseur et d’une caméra pour imager la surface. Selon l’angle de lumière, le phénomène de résonance de plasmons de surface conduit à « l’allumage » des plots en fonction de la présence -ou non- de protéines sécrétées par les cellules sanguines.

Des perspectives variées

La preuve de concept étant par ailleurs faite sur un modèle simplifié de splénocytes (cellules sanguines provenant de rate de souris saines) exposés à l’inflammation, à savoir la détection optique de la sécrétion de cytokines, elle laisse entrevoir la possibilité d’obtenir des informations qualitatives et quantitatives en temps réel grâce à ces nouvelles technologies. Une combinaison d’optique, d’immunologie et de bactériologie qui pourrait aboutir au développement d’instruments utiles aux laboratoires d’analyse médicale et pour le diagnostic bactérien.

Les biopuces et biocapteurs à aptamères ouvrent quand à eux la voie pour l’exploration de stratégies alternatives de détection. « Il s’agit d’une thématique émergente au niveau international » affirme Y. Roupioz, l’intérêt de l’aptamère sur puce étant entre autres sa forte affinité pour sa cible grâce à la sélection et sa robustesse ainsi que l’avantage de son coût très raisonnable par rapport aux anticorps traditionnellement utilisés. « Nous n’avons pas encore testé les biopuces à aptamères sur les sécrétions, mais cela viendra plus tard » confie t-il.

Toujours plus loin….

Etape suivante, au stade encore de recherche fondamentale : la capture et libération spécifique des cellules par clivage enzymatique. C’est l’objet du travail de Radek Bombera, doctorant en biotechnologies, financé par la Fondation Nanosciences [voir ZOOM] pour réaliser une thèse à l’interface de la biologie co-dirigée par Yoann Roupioz au sein de l’équipe SPrAM.  « L’astuce consiste à fabriquer des molécules hybrides anticorps / brin d’ADN servant de matrice sur biopuce, puis de faire passer des molécules hybrides couplées aux cellules et qui collent par complémentarité d’ADN » révèle Radek, expliquant qu’il est ensuite possible de réaliser un clivage sur le double brin d’ADN par restriction enzymatique ou chauffage laser localisé. La technique enzymatique, d’ores et déjà validée, permet de décrocher des cellules vivantes, et l’heure est à la mise au point d’un banc laser également muni d’un dispositif LED et d’une caméra permettant à la fois de chauffer localement avec une puissance laser faible, sous le bon angle, non délétère, et d’observer en SPRI ce décrochage. « La vie du laboratoire repose sur la coopération entre chercheurs et thésards autour du SPRI et de techniques de greffage développées ici» se réjouit R. Bombera, pour qui l’aboutissement serait de parvenir à la mise au point d’un biocapteur utilisable en diagnostic médical. La principale application du dispositif serait effectivement de pouvoir analyser des échantillons sanguins et trier des populations de cellules (par exemple des lymphocytes T et B lors d’une infection virale) typiquement pour réaliser une analyse diagnostic. Haute valeur ajoutée : la réduction du volume d’échantillon (quelques microlitres) et du temps d’analyse (en temps réel).

 

[ZOOM] sur l‘INAC et la Fondation Nanosciences

L’Institut Nanosciences et Cryogénie est organisé en 5 thématiques que sont la connaissance fondamentale de la matière condensée, les nanosciences pour l’électronique et la spintronique, la nanoscience pour la photonique et l’énergie, les cryotechnologies, et enfin la physique et chimie à l’interface de la biologie.

Largement impliquée dans ce dernier thème, l’unité SPrAM contribue notamment à la liste (respectable !) des résultats scientifiques et techniques affichée par l’INAC via le développement de ses polymères, nanocristaux, biopuces ou autres composants électroniques moléculaires. Coopérant avec diverses unités CEA et laboratoires académiques CNRS et universitaires, l’INAC contribue également largement au réseau de la Fondation Nanosciences, à Minatec et à l’élaboration et la structuration du futur Campus « Giant » sur le polygone scientifique grenoblois comptant déjà l’ESRF, l’Institut Laue Langevin (ILL) et l’Institut Polytechnique (INP).

La Fondation Nanosciences aux limites de la nanoélectronique repose quant à elle sur les 4 organismes fondateurs que sont le CEA, le CNRS, l’Université Joseph Fourier et le Groupe Grenoble INP, soit au total 32 laboratoires grenoblois regroupés au sein d’un Réseau Thématique de Recherche Avancée (RTRA) sur les nanosciences et nanotechnologies.

 

En savoir + : www.inac.cea.fr et www.fondation-nanosciences.fr

 

Nathaly MERMET