La puce à ADN donne une identification positive

Au cours des cinq dernières années, les puces à ADN ont été un outil de recherche puissant, très prometteur pour une utilisation future en milieu clinique. Ces minuscules surfaces de silicium ou de verre, recouvertes de milliers de fragments d'ADN, sont utilisées par les chercheurs pour découvrir des gènes dans des échantillons d'ADN. Mais le Saint Graal de cette technologie reste insaisissable : un seul appareil portable entièrement automatisé, ou un laboratoire sur puce, qui peut analyser instantanément l'ADN d'une seule mèche de cheveux ou d'une goutte de sang.

Une entreprise qui a fait un grand pas dans cette direction est Nanogen, basée à San Diego. Sa NanoChip est actuellement la seule puce à ADN sur le marché utilisant la microfluidique - la canalisation des fluides sur la surface d'une puce - et la signalisation électronique pour identifier plus précisément les variantes et les mutations génétiques. Cela peut conduire à une détection plus précise des agents pathogènes, des micro-organismes ou des sous-types de maladies d'origine génétique.

Rencontre et match

Toutes les puces à ADN sont basées sur une propriété inhérente à l'ADN : lorsque la double hélice familière est divisée en deux, chaque morceau d'ADN tentera de se reconnecter avec un autre morceau complémentaire, un processus appelé hybridation.

La surface des puces à ADN conventionnelles, comme celles produites par le géant des biopuces Affymetrix, est généralement recouverte de dizaines de milliers de brins d'ADN, appelés sondes. Dans une application typique, les gènes d'une tumeur cancéreuse, par exemple, sont marqués avec un colorant fluorescent et appliqués à la surface de la puce. Ceux qui correspondent se lient aux sondes et le reste est lavé. Les marqueurs fluorescents, lus avec un scanner, permettent aux chercheurs d'identifier les séquences d'ADN constituant les gènes liés. Ce processus peut prendre jusqu'à trois heures.

Dans de nombreux cas, cependant, la liaison du gène de l'échantillon et de sa sonde d'appariement peut masquer une mésappariement d'une ou deux lettres de base (les éléments constitutifs de l'ADN). Dans la plupart des cas, ce degré de précision est adéquat, car il permet aux chercheurs d'identifier les gènes, ou les familles de gènes, en toute confiance.

Mais lorsque les chercheurs doivent identifier la variante exacte du gène - afin de distinguer, par exemple, différents sous-types d'une maladie - une ou deux lettres peuvent faire toute la différence.

Flux électrique

Nanogen espère que la NanoChip répondra à ce besoin. Plus spécialisée que les puces à ADN conventionnelles, elle utilise la microfluidique, l'électronique et une pièce astucieuse d'ingénierie inverse pour parvenir à une correspondance parfaite.

Au sein de la puce, une série de canaux microfluidiques mène à un noyau central contenant 99 sites de test, chacun pouvant être contrôlé indépendamment avec une charge électrique. Alors que les puces à ADN standard sont équipées de sondes, la cartouche NanoChip est livrée vierge et doit être personnalisée. Pour préparer la puce, des sondes d'ADN sont placées dans les canaux microfluidiques et une charge électrique est appliquée aux sites de test qui contiendront les sondes. Étant donné que l'ADN contient une charge négative inhérente, les sondes sont tirées dans les canaux jusqu'aux emplacements souhaités.

Une charge électrique accélère également le processus d'hybridation, attirant des échantillons de gènes jusqu'aux sondes. Après hybridation, la charge électrique est inversée. Il ne reste que des échantillons parfaitement appariés et la sortie est ensuite lue sur un poste de travail de bureau personnalisé. L'ensemble du processus prend environ 15 minutes.

Jusqu'à présent, il a donné une précision de 100%, explique Paolo Fortina, chercheur à l'hôpital pour enfants de Philadelphie, qui utilise la NanoChip depuis près d'un an, principalement pour valider les résultats d'un séquenceur d'ADN. Récemment, il a utilisé la NanoChip dans une étude sur les variantes génétiques et les maladies cardiovasculaires.

Autres plateformes

Dans un domaine riche en expérimentation, d'autres sociétés de biotechnologie recherchent également le succès avec leurs propres approches de la construction de puces à ADN.

Le groupe eSensor de Motorola - avec lequel Nanogen a récemment réglé un différend concernant un brevet sur les méthodes de détection moléculaire - prévoit de lancer sur le marché sa propre puce à ADN cet automne. La puce de Motorola utilise l'électronique non pas pour augmenter la vitesse et la précision, mais pour identifier l'ADN hybride sans fluorescence. La puce eSensor contient des sondes étiquetées avec une étiquette électronique. Une fois que l'hybridation se produit, une tension est appliquée à la puce, provoquant la libération d'un signal par les sondes hybridées.

HandyLab, une entreprise dérivée de l'Université du Michigan, travaille sur une puce à ADN microfluidique, qui, espère-t-il, sera approuvée pour une utilisation clinique. Comme Nanogen, HandyLab utilise la signalisation électronique pour manipuler les fluides. Mais plutôt que d'exploiter la charge négative inhérente à l'ADN lui-même, HandyLab expérimente la thermopneumatique en chauffant électriquement de petites poches d'air pour propulser le fluide, puis en contrôlant chimiquement le flux. HandyLab prévoit des essais cliniques de son produit en 2003.

Orchid Biosciences, basée à Princeton, dans le New Jersey, développe une plate-forme de biopuce composée d'un circuit microfluidique à plusieurs niveaux, pour détecter les variantes et les mutations génétiques. Orchid espère intégrer cette plate-forme hautement parallèle dans sa gamme de produits d'ici 2003.

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