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Surveillance du VIH sur une puce bon marché
La mesure de la charge virale, ou concentration du VIH dans le sang, est l'une des techniques utilisées par les médecins pour surveiller l'efficacité des traitements anti-VIH. Un pic de charge virale peut être un avertissement d'échec médicamenteux ou de résistance médicamenteuse, indiquant éventuellement que le patient doit passer à un autre médicament. Mais dans les milieux pauvres en ressources, une telle surveillance est d'un coût prohibitif et nécessite beaucoup d'équipement. Une nouvelle puce microfluidique conçue par le laboratoire de Roustem Ismagilov à Caltech peut permettre de surveiller la charge virale du VIH et d'autres infections virales à moindre coût et plus facilement, et la technique pourrait également être utile pour d'autres types de tests génétiques.
Glisser et glisser : Le dispositif microfluidique présenté ici, appelé SlipChip, contient deux lames imprimées de puits de volumes variables, permettant de mesurer des molécules à une large gamme de concentrations. Ici, une puce est utilisée pour analyser cinq échantillons différents, représentés par des couleurs différentes.
La charge virale est souvent mesurée par PCR, un outil de laboratoire standard qui copie plusieurs fois l'ADN ou l'ARN d'un échantillon. Une approche plus récente, appelée PCR numérique, permet d'obtenir des comptages beaucoup plus précis. À l'aide de la microfluidique, l'échantillon est d'abord divisé entre une multitude de minuscules puits, de sorte que chaque puits ne contiendra probablement pas plus d'une molécule. Lorsque les molécules sont ensuite amplifiées, le résultat est un simple signal oui ou non pour chaque puits.
Le goulot d'étranglement de ces méthodes survient lorsque vous avez besoin d'une mesure avec une large plage dynamique, explique Ismagilov. La charge virale du VIH, par exemple, peut aller de 50 à un million de molécules par millilitre. Un test pour le mesurer doit pouvoir traiter un grand nombre de molécules, tout en étant suffisamment sensible pour compter les molécules rares. Normalement, pour atteindre une telle sensibilité, il faut diluer un échantillon et l'étaler sur de plus en plus de puits afin de s'assurer qu'il n'y a pas plus d'une molécule dans chaque puits. Ismagilov dit qu'un si grand nombre de puits peut être difficile à analyser. Dans le même temps, l'échantillon ne peut pas être étalé si finement que des molécules rares seront manquées.
Ismagilov et ses membres de laboratoire ont trouvé une astuce pour gérer ce dilemme : diviser l'échantillon en une série de puits de différentes tailles calibrés pour détecter des molécules à différentes concentrations, qui peuvent être calculées ensemble. Chaque volume est sensible à une plage de concentration particulière, dit-il. Ensemble, ces volumes fournissent plus d'informations que n'importe quel volume pris individuellement.
La technique repose sur le SlipChip, un dispositif microfluidique simple développé par Ismagilov. Deux lames de verre ou de plastique qui se chevauchent peuvent être injectées avec un échantillon de fluide, puis légèrement tournées pour séparer le fluide dans les puits. La rotation peut également mettre en contact certains puits afin de réaliser des réactions chimiques.
Dans deux articles récents de Chimie analytique et le Journal de l'American Chemical Society , Ismagilov et ses collègues décrivent les mathématiques de la conception et son application dans le test de la charge virale dans le VIH et l'hépatite C. Les puces peuvent être conçues pour effectuer plusieurs tests ou mesurer plusieurs échantillons, ce qui, selon Ismagilov, ajoute à leur flexibilité. Actuellement, d'autres appareils sont nécessaires pour d'autres étapes de la préparation et de l'analyse de la PCR, mais l'objectif ultime des chercheurs est qu'une seule puce gère toutes ces étapes.