Un minuscule fil doté de mémoire pour diagnostiquer le cancer

Lorsqu’un cancer commence à se développer, il sème des indices révélant sa présence. Des molécules spécifiques sont produites et elles voyagent dans le flux sanguin. C’est ce que l’on appelle les «biomarqueurs».

A l’EPFL, des chercheurs du Laboratoire des systèmes intégrés (IC/STI) ont développé un capteur d’un genre nouveau pour détecter d’infimes quantités de ces marqueurs et améliorer les diagnostics. Leur innovation repose sur l’utilisation d’un minuscule fil doté d’une capacité de détection 10 fois supérieure à celle des meilleurs capteurs jamais développés. De quoi permettre un diagnostic ultra-précoce de la maladie, et donc un meilleur traitement. Leur travail est paru dans Nano Letters.

Un composant qui se souvient de tout ce qui s’est passé
Lorsqu’il y a soupçon de cancer, les spécialistes partent à la recherche d’éventuels biomarqueurs présents dans le corps. Seul problème, détecter de très petites quantités d’une molécule n’est pas chose facile. Le sang est un liquide dense, et les mesures sont perturbées par les multiples molécules présentes.

Des chercheurs de l’EPFL sont parvenus à contourner cet obstacle, en inventant un nouveau procédé de détection. Leur astuce : isoler les molécules cibles dans l’échantillon sanguin, mais les détecter dans un environnement sec, ou les perturbations sont moindres. Le procédé fonctionne grâce à un composant récent, qui est capable de se «souvenir» de tous les courants qui le traversent : le Memristor. Le système a été testé sur les biomarqueurs du cancer de la prostate (Antigène Prostatique Spécifique ou PSA).

Un fil nanométrique, de l’ADN et un courant électrique
Le fonctionnement du détecteur est le suivant : on fabrique un fil de silicium de taille nanométrique, sur lequel on greffe des fragments d’ADN modifiés. Ces morceaux d’ADN agissent comme des pièges à molécules. Ils ont la particularité d’accrocher uniquement les biomarqueurs du cancer de la prostate.

Dans un premier temps, le fil est plongé dans un échantillon pendant près d’une heure. Le temps que les cibles se fassent piéger par les fragments d’ADN. On sèche ensuite le nanofil, puis un courant électrique le traverse une première fois. Si des molécules cibles sont accrochées au fil, elles perturberont ce courant, changeant la conductivité du fil, par endroit. Cette variation de courant ne suffit cependant pas pour détecter les biomarqueurs de façon précise.

La véritable détection est possible en injectant une deuxième fois le même courant dans le fil, mais cette fois, dans le sens inverse. «Si le fil ne gardait rien en mémoire, les deux courbes du courant, à l’aller et au retour, seraient superposées. Or il n’en n’est rien », explique Sandro Carrara, du Laboratoire des systèmes intégrés.

A l’endroit précis où la conductivité a commencé à changer la première fois apparaît en effet une différence dans la courbe, appelée «voltage gap». Ce phénomène permet de déduire la présence des biomarqueurs cibles. «C’est la première fois qu’un Memristor est utilisé pour faire un tel biocapteur», commente le chercheur.

Pour l’heure, les mesures ont été effectuées uniquement sur les marqueurs du cancer de la prostate, mais elles pourraient être utilisées pour tous types de marqueurs. « Nous travaillons aussi avec le Ludwig Institute et l’hôpital du CHUV, qui nous fournissent des échantillons et des extraits tumoraux. La prochaine étape consiste à appliquer la même approche pour le cancer au sein.»
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Partenaires impliqués dans le projet :

Experimental Oncology Group, Ludwig Institute for Cancer Research (Lausanne)
Unité de Sénologie, Département de Gynécologie-Obstétrique et Génétique médicale, l’hôpital CHUV (Lausanne)
Department of Electronic & Electrical Engineering, University of Bath (United Kingdom)
Department of Informatics and Microsystem Technology, University of Applied Sciences Kaiserslautern, Zweibrücken (Germany)

Référence : Label-Free Ultrasensitive Memristive Aptasensor