Purple for malaria, green for HIV

Violet pour la malaria, vert pour le VIH

Des tests quasi instantanés pour une longue liste de maladies seront disponibles plus vite que prévus
9 janvier 2014

En 2003, lorsque Warren Chan est arrivé au Integrated Nanotechnology & Biomedical Sciences Laboratory (INBS) à la University of Toronto, la ville encaissait le choc d’une épidémie de SRAS, une maladie respiratoire virale qui a entraîné la mort de 44 résidants et la mise en quarantaine de 25 000 personnes. « Je suis arrivé au beau milieu de ce délire, se rappelle M. Chan. J’en suis alors naturellement venu à tirer des conclusions. »

M. Chan devait établir un lien entre la maladie infectieuse et ses propres recherches révolutionnaires sur l’utilisation des nanocristaux ‒ des particules semi-conductrices appelées boîtes quantiques ‒ dans des applications biologiques. « Il fallait définir les besoins pour les diagnostics médicaux », explique le jeune chercheur, assis sur un banc en bois de son étroit, mais lumineux coin bureau. « Nous avions besoin de tests simples et rapides. »

Plus facile à dire qu’à faire. Pour réaliser l’examen paraclinique habituel, appelé ELISA (épreuve d’immuno-absorption enzymatique), il faut un échantillon de sang important, un équipement perfectionné (c’est-à-dire « coûteux »), des techniciens spécialisés et du temps ‒ parfois des semaines. Or, les pays en développement ont plus que jamais besoin d’outils de diagnostic portatifs moins chers, plus simples et plus précis.

M. Chan et son équipe sont peut-être sur le point de changer la donne. La solution : un outil de diagnostic de poche pour indiquer en 20 minutes si un patient est atteint du VIH, de l’hépatite B ou C, de la malaria ou de la syphilis ‒ ou de toute autre maladie génétique. Pour ce faire, il faut utiliser des codes à barres moléculaires faits de minuscules perles de plastique composées de nanoparticules de cadmium et de sélénium de 1 000 à 100 000 fois moins larges qu’un cheveu. Ces nanoperles, de nature et de dimension variées, sont insérées dans une puce. Elles se lient à diverses molécules cibles qui correspondent à une maladie en particulier afin de dévoiler une certaine couleur. Les couleurs brillent intensément sans s’estomper, ce qui confère à ce procédé deux grands avantages sur les colorants biologiques utilisés dans d’autres méthodes de diagnostic optiques : la photostabilité et la visibilité.

Il suffit de se piquer le doigt et de laisser tomber quelques gouttes de sang dans une éprouvette ou sur un bout de papier contenant les nanoperles, et d’attendre. Un signal coloré pouvant être perçu dans la lentille de l’appareil photo d’un téléphone cellulaire apparaît alors. Ainsi, un test sur le type de malaria pouvant causer la mort indiquera d’abord des perles vertes dans une fiole remplie d’un composé violet. Si l’agent pathogène de la malaria est présent, l’ADN ferait en sorte que les perles vertes se lient au composé pour donner une teinte mêlée de vert et de violet. Il s’agit du procédé « sandwich » où l’agent pathogène de l’ADN serait le beurre d’arachide pris entre la nanoperle et la molécule indicatrice. En l’absence de la maladie, seules les perles vertes seraient visibles. En combinant des nanoperles de différentes couleurs, il est possible de faire des tests sur plusieurs maladies simultanément. « Une fois les codes à barres créés, nous pouvons reconnaître chacune des maladies grâce à la couleur qui lui est propre, explique le chercheur. C’est la beauté de ce système. »

Les répercussions de cette technologie sont nombreuses, en particulier lorsqu’il est question d’une crise de santé publique comme le SRAS et de l’importance d’obtenir un diagnostic extrêmement rapide et fiable. Le chercheur prévoit qu’un jour tout le monde se promènera avec sa propre trousse de diagnostic. Il compare le rythme des changements en nanodiagnostic à la rapidité avec laquelle YouTube a imprégné notre culture. « Le diagnostic médical va dans la même direction. Ce scénario pourrait se produire plus tôt que prévu », prévoit le chercheur.

Les boîtes quantiques faisaient déjà l’objet d’étude depuis 25 ans lorsque M. Chan a entrepris ses travaux de recherche en 1998 dans son doctorat en chimie analytique à la Indiana University. À l’époque, elles étaient principalement vues comme des outils destinés aux secteurs de l’informatique et de l’électronique. Mais le conseiller de M. Chan, Shuming Nie, aujourd’hui directeur de la faculté de génie biomédical à la Georgia Tech/Emory University, à Atlanta, a invité le chercheur dans son laboratoire à titre d’étudiant aux cycles supérieurs. Il lui a demandé de créer des nanoparticules solubles dans l’eau ‒ la première étape pour une utilisation en biologie. « Warren Chan est un garçon très créatif, affirme M. Nie. Il ne pense pas comme les autres. Au départ, j’avais en fait assigné ce projet à un autre étudiant, mais celui-ci a déclaré forfait. Il m’a dit que c’était impossible. Warren, lui, y est arrivé en deux mois. Et aujourd’hui, il est le chef de file mondial dans ce domaine. Il a ouvert la voie aux applications diagnostiques des boîtes quantiques. »

M. Chan souligne par ailleurs que M. Nie lui a inculqué une règle de base : toujours garder à l’esprit l’aspect pratique des recherches. Cette philosophie perdure dans les travaux de transformation du prototype en un outil de diagnostic facile à transporter, économique et autonome menés au Cytodiagnostics, la société de nanotechnologie établie à Bdefaultington qu’il a cofondée avec Scott Kordyban et où il agit toujours à titre de conseiller principal. L’équipe doit également améliorer la durabilité des codes à barres dont les cristaux commencent à se diviser après quelques mois. « Nous nous penchons sur l’aspect de la convivialité, précise M. Chan, en discussion avec des chercheurs de l’Ouganda relativement à une éventuelle collaboration. « La prochaine étape consiste à parler aux personnes sur le terrain pour que l’outil réponde à leurs besoins. Le diagnostic de la malaria ou du VIH varie peut-être beaucoup. »

Le prototype en soi semble anodin. L’appareil en plastique noir, conçu à partir d’une imprimante 3D, tient dans le creux de la main et contient un laser de faible puissance ainsi qu’une lentille grossissante. « Il suffit d’y insérer un téléphone cellulaire », explique M. Chan. La puce du code à barres se trouve dans une espace directement opposée à la lentille de l’appareil photo. Le prototype coûte 500 dollars à fabriquer, mais le chercheur affirme que la quasi-totalité de ce montant ‒ hormis 80 dollars ‒ sert à couvrir les frais d’impression 3D, un coût élevé pour un seul exemplaire.

Les recherches de M. Chan sur les boîtes quantiques ont pu être réalisées grâce à un équipement perfectionné d’une valeur de près de 2 millions de dollars financé par la Fondation canadienne pour l’innovation, dont un système qui permet de procéder à des analyses chimiques dans un milieu exempt d’air et un appareil qui mesure les propriétés spectrales des boîtes quantiques. « Il s’agit d’un équipement standard, affirme le chercheur. Il sert probablement 24 fois par jour. »

Il faudra encore quelques années avant que les voyageurs ne placent dans leur sac à dos des appareils d’autodiagnostic de façon routinière ou que les cliniques de santé publique puissent poser un diagnostic instantané durant la saison de la grippe. Mais le processus de commercialisation des codes à barres de nanoperles est en cours, et plusieurs laboratoires d’Amérique du Nord emboîtent le pas à M. Chan en tentant d’appliquer la nanotechnologie au diagnostic médical. « Il importe de diffuser l’information afin que d’autres puissent la mettre à profit, affirme le chercheur. Le domaine de la nanotechnologie vit une période excitante. La prochaine décennie est promesse de très grandes transformations. »