Développement d’un capteur plasmonique pour la détection rapide de la dopamine
Description de la plateforme de capteur plasmonique. (A) Schéma de la plateforme de capteur plasmonique intégrée. L’insertion supérieure montre la spécificité de l’aptamère d’ADN fonctionnalisé en surface en présence d’autres espèces perturbatrices, où l’aptamère se lie sélectivement à la dopamine. L’insertion inférieure montre une représentation schématique du capteur plasmonique. (B et C) Image de microscopie électronique à balayage (MEB) du capteur montrant la vue de surface (B) et la vue en coupe transversale (C). (D et E) Amélioration locale du champ électrique prédite par la méthode des différences finies dans le temps (FDTD) à λ=842 nm, 2 nm au-dessus de la surface (D) et coupe transversale (en bas). Crédit : Science Advances (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adp7460
La dopamine, un neurotransmetteur essentiel dans notre cerveau, joue un rôle crucial dans la régulation de nos émotions et sert également de biomarqueur pour le dépistage de certains cancers et d’autres troubles neurologiques.
Des chercheurs de l’Université de Floride centrale, dirigés par le professeur Debashis Chanda du Centre de technologie nanoscientifique de l’UCF, ont mis au point un capteur optique intégré capable de détecter la dopamine directement à partir d’un échantillon de sang non traité. Cet outil pourrait devenir un moyen de dépistage économique et efficace pour diverses conditions neurologiques et cancers, offrant ainsi de meilleures perspectives pour les patients.
Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Science Advances.
« Ce capteur plasmonique est extrêmement sensible aux faibles concentrations de biomolécules, ce qui en fait une plateforme prometteuse pour des tests spécialisés et des applications de soins sur site dans des zones éloignées », déclare Chanda, chercheur principal de l’étude, qui a également des fonctions au sein du département de physique de l’UCF et de CREOL, le Collège d’optique et de photonique.
« Dans ce travail, nous avons démontré une plateforme de biosensing plasmonique fonctionnalisée en surface, entièrement optique, pour la détection de faibles concentrations de dopamine directement à partir de divers échantillons biologiques, y compris des solutions protéiques, du liquide céphalorachidien artificiel et du sang entier non traité. »
Les neurotransmetteurs jouent un rôle fondamental dans la régulation des fonctions neuronales et du bien-être général chez les humains et les animaux, nécessitant un équilibre harmonieux des hormones neurologiques pour un fonctionnement optimal du corps, explique Chanda. La dopamine est un transmetteur crucial, car elle influence de manière significative des processus cognitifs tels que les fonctions motrices ou des émotions comme le bonheur ou le plaisir.
Des perturbations dans les niveaux de dopamine sont étroitement liées à divers troubles neurodégénératifs tels que la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer, ainsi qu’à des conditions neurodéveloppementales comme le trouble du déficit de l’attention avec hyperactivité et le syndrome de Tourette, et à des troubles psychologiques tels que le trouble bipolaire et la schizophrénie, ajoute Chanda.
Les écarts par rapport aux niveaux normaux de dopamine peuvent également servir de marqueur diagnostique important pour certains types de cancers. La mesure précise et fiable des concentrations de dopamine est essentielle pour faire progresser la recherche pharmaceutique et les thérapies médicales, souligne Chanda.
Fonctionnement du capteur plasmonique
Le capteur plasmonique est constitué d’un motif en or minuscule qui provoque le mouvement des électrons en vagues. Ces vagues, appelées plasmons, sont essentielles pour la détection précise des biomolécules, permettant ainsi une analyse rapide et efficace des échantillons biologiques.
Détection Innovante de la Dopamine : Une Nouvelle Technologie de Capteurs
Une avancée significative dans le domaine des capteurs biomédicaux a été réalisée grâce à une configuration optique spéciale. Lorsqu’une nouvelle molécule pénètre dans l’environnement du capteur, elle modifie le mouvement des électrons, ce qui influence la manière dont la lumière est réfléchie par le capteur. Cette variation dans la réflexion permet de détecter la présence de la molécule ciblée.
Une Approche Révolutionnaire avec des Aptamères
Contrairement aux biosenseurs traditionnels qui s’appuient sur des éléments biologiques tels que des anticorps ou des enzymes, ce dispositif développé par l’UCF utilise un aptamère conçu sur mesure, une chaîne d’ADN synthétique, pour détecter la dopamine avec précision. Cette méthode rend le capteur non seulement plus économique et facile à conserver, mais elle permet également de détecter la dopamine directement à partir de sang non traité, sans préparation préalable. Cette innovation pourrait s’avérer particulièrement bénéfique dans les régions où les ressources médicales sont limitées, car elle simplifie le processus de détection et ouvre la voie à des diagnostics d’autres conditions en utilisant la même technologie.
Précision et Sélectivité Améliorées
Les chercheurs ont réussi à cibler des molécules spécifiques en recouvrant la zone active du capteur avec un aptamère spécialement conçu pour se lier à un biomarqueur particulier avec une grande précision. Les résultats de l’étude soulignent le potentiel des « aptasenseurs » plasmoniques utilisant des aptamères pour développer des outils de diagnostic rapides et précis pour le suivi des maladies, le diagnostic médical et les thérapies ciblées.
« Bien qu’il y ait eu de nombreuses démonstrations de biosenseurs plasmoniques, aucun d’entre eux n’a réussi à détecter le biomarqueur pertinent directement à partir de fluides biologiques non traités, tels que le sang », déclare Aritra Biswas, auteur principal de l’étude.
Perspectives d’Avenir
Cette nouvelle recherche s’appuie sur les travaux antérieurs de l’équipe qui avait développé un détecteur de dopamine en remplaçant les nanoparticules d’oxyde de cérium par des aptamères à base d’ADN, ce qui a amélioré la sélectivité du capteur et élargi son applicabilité pour détecter la dopamine directement dans divers échantillons biologiques sans nécessiter de préparation préalable.
« Ce concept peut être exploré davantage pour la détection de différentes biomolécules directement à partir de sang non traité, telles que des protéines, des virus ou de l’ADN », ajoute Chanda. « Cela pourrait susciter un grand intérêt dans les pays en développement où l’accès aux laboratoires analytiques est limité. »
Informations Complémentaires
Référence : Aritra Biswas et al, Aptasenseur nanoplasmonique pour la détection sensible, sélective et en temps réel de la dopamine à partir de sang entier non traité, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp7460
Citation : Des chercheurs développent un test rapide pour détecter la dopamine (2024, 5 septembre) récupéré le 15 septembre 2024 depuis https://medicalxpress.com/news/2024-09-rapid-dopamine.html
