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Des boîtes quantiques pour dépister la mucoviscidose

ActualitéClassé sous :physique , boîte quantique , ADN

Le XXIième siècle sera certainement celui de la biologie et des nanotechnologies. Et ces deux mouvances fonctionnent souvent ensemble. En utilisant des boîtes quantiques des chercheurs espagnols ont découvert un nouveau moyen pour dépister des maladies génétiques rapidement.

Schéma montrant des boîtes quantiques en CdS et leurs applications. Crédit : Nanobioelectronics & Biosensors Group

Voilà une vingtaine d'années que les physiciens étudient et développent les propriétés et les applications des boîtes quantiques, quantum dots en anglais. Il s'agit d'amas de quelques centaines à plusieurs milliers d'atomes formant un composé semi-conducteur. Un tel ensemble se comporte comme une nanostructure quantique dans laquelle des niveaux d'énergie discrets apparaissent pour les particules chargées confinées dans une zone à trois dimensions. Intermédiaires entre une molécule et un semi-conducteur classique, elles ont débuté leur carrière dans le domaine de l'optronique. Elles l'ont ensuite rapidement débordé et on les utilise aujourd'hui pour faire de l'imagerie médicale des cellules, en remplacement des colorants habituels. On pense même qu'elles pourraient être utiles pour lutter contre certains cancers.

Après le séquençage du génome humain, certaines maladies peuvent être reliées à des anomalies génétiques précises. Si l'on pouvait dépister rapidement certaines dispositions chez un patient ce serait évidemment un gain appréciable pour la médecine, mais il faudrait pour cela disposer de moyens rapides et peu coûteux pour identifier certains gènes bien spécifiques d'une maladie chez un patient. C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux de Arben Merkoci et ses collègues du Nanobioelectronics & Biosensors Group à l'Université indépendante de Barcelone.

Pour identifier un gène, la technique peut être décrite de façon simplifiée de la manière suivante. Il s'agit de mettre en présence deux brins d'ADN issus de deux sources différentes et de voir à quelle vitesse ils s'assemblent pour former une double hélice. Si l'on dispose d'un brin portant, par exemple, un gène prédisposant à la mucoviscidose, on cherchera sa présence chez un patient en le mettant en contact avec un autre brin extrait de ses cellules. Si le gène s'y trouve, les deux brins s'accoleront rapidement et facilement.

La structure des deux brins de la molécule d'ADN en double hélice. Crédit : Darryl Leja

Un laboratoire sur une puce

Jusqu'à présent, afin de repérer certaines partie de l'ADN, les techniques portaient sur l'emploi de colorants ou de marquages à l'aide d'isotopes radioactifs. Malheureusement, ces techniques ont des limites et celle que proposent les chercheurs de Barcelone n'a pas les mêmes inconvénients.

En l'occurrence, ils associent une boîte quantique à base de sulfure de cadmium (CdS) au brin d'ADN test portant le gène d'une maladie héréditaire donnée. Plusieurs associations de ce genre sont ensuite mélangées avec des brins d'ADN du patient chez qui on recherche une anomalie génétique. En utilisant un type de biosenseur connu sous le nom de screen-printed electrodes, du genre de ceux permettant de tester le taux de glucose sanguin, il devient possible de savoir rapidement si le gène recherché est bien là.

En effet, en se fixant à la boîte quantique semi-conductrice, le brin d'ADN, formant alors un morceau de double hélice, modifie les propriétés conductrices de la boîte ce qui se traduit par une modification de l'intensité du courant circulant dans les électrodes.

La technique ne fonctionne pour le moment qu'avec un échantillon de brins d'ADN isolés, reste à savoir ce qu'elle donnerait avec, par exemple, un simple échantillon de sang d'un patient. A terme, on peut espérer l'apparition d'un véritable laboratoire miniature permettant de diagnostiquer rapidement et en une seule fois plusieurs prédispositions à des maladies génétiques.

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