Des chercheurs de l’Université d’Arizona ont photographié un échantillon à l’aide d’un microscope pour smartphone. Crédit: UArizona Biosensors Lab

La méthode analyse les échantillons de salive et fournit des résultats en 10 minutes environ.

Des chercheurs de l’Université de l’Arizona développent un COVID-19 méthode de test qui utilise un microscope pour smartphone pour analyser des échantillons de salive et fournir des résultats en 10 minutes environ.

L’équipe de recherche de l’Université de l’Arizona, dirigée par le professeur de génie biomédical Jeong-Yeol Yoon, vise à combiner la vitesse des tests d’antigène sur écouvillon nasal existants avec le précision des tests de PCR sur écouvillon nasal ou de réaction en chaîne par polymérase. Les chercheurs adaptent une méthode peu coûteuse qu’ils ont créée à l’origine pour détecter le norovirus – le microbe célèbre pour se propager sur les bateaux de croisière – à l’aide d’un microscope pour smartphone.

Ils prévoient d’utiliser la méthode en conjonction avec un test de gargarisme salin développé par Michael Worobey, chef du département d’écologie et de biologie évolutive de l’UArizona et directeur associé de l’Institut BIO5 de l’Université d’Arizona.

La dernière recherche de l’équipe utilisant des échantillons d’eau – réalisée en collaboration avec Kelly A. Reynolds, présidente du Département de la communauté, de l’environnement et des politiques de l’UArizona Mel et Enid Zuckerman College of Public Health – est publiée aujourd’hui dans Protocoles de la nature.

«Nous l’avons décrit afin que d’autres scientifiques puissent essentiellement répéter ce que nous avons fait et créer un dispositif de détection de norovirus», a déclaré Lane Breshears, un étudiant au doctorat en génie biomédical dans le laboratoire de Yoon. «Notre objectif est que si vous souhaitez l’adapter à autre chose, comme nous l’avons adapté pour COVID-19, vous disposez de tous les ingrédients dont vous avez besoin pour créer votre propre appareil.»

Le professeur de génie biomédical Jeong-Yeol Yoon et son équipe présentent le président de l’Université de l’Arizona Robert C. Robbins et les Provost Liesl Folks autour du laboratoire de biocapteurs. Crédit: Chris Richards / Université de l’Arizona

Yoon – membre de l’Institut BIO5 qui est également professeur en génie des biosystèmes, en sciences biomédicales animales et comparées, en chimie et biochimie – travaille avec un grand groupe d’étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs pour développer la méthode de détection COVID-19 basée sur smartphone.

«J’ai quelques amis qui avaient le COVID-19 qui étaient très frustrés, parce que leurs résultats de PCR prenaient six ou sept jours ou qu’ils recevaient de faux négatifs à partir de tests antigéniques rapides. Mais quand ils ont eu les tests PCR finaux, ils ont découvert qu’ils étaient malades, comme ils l’avaient soupçonné », a déclaré Katie Sosnowski, étudiante au doctorat en génie biomédical qui travaille dans le laboratoire de Yoon. «C’est vraiment cool de travailler sur une plate-forme de détection qui peut obtenir des résultats rapides et précis.»

Détection moins chère et plus simple

Les méthodes traditionnelles de détection des norovirus ou d’autres agents pathogènes sont souvent coûteuses, impliquent un grand nombre d’équipements de laboratoire ou nécessitent une expertise scientifique. Le test de norovirus basé sur un smartphone développé à UArizona se compose d’un smartphone, d’un simple microscope et d’un morceau de papier microfluidique – un papier ciré qui guide l’échantillon liquide à travers des canaux spécifiques. Il est plus petit et moins cher que les autres tests, les composants coûtant environ 45 $.

La base de la technologie, décrite dans un article de 2019 publié dans la revue ACS Omega, est relativement simple. Les utilisateurs introduisent des anticorps avec des billes fluorescentes dans un échantillon d’eau potentiellement contaminé. Si suffisamment de particules du pathogène sont présentes dans l’échantillon, plusieurs anticorps se fixent à chaque particule de pathogène. Au microscope, les particules pathogènes apparaissent sous forme de petits amas de billes fluorescentes, que l’utilisateur peut ensuite compter. Le processus – ajouter des billes à l’échantillon, tremper un morceau de papier dans l’échantillon, puis en prendre une photo sur smartphone au microscope et compter les billes – prend environ 10 à 15 minutes. C’est si simple que Yoon dit qu’un non-scientifique pourrait apprendre à le faire en regardant une brève vidéo.

La version de la technologie décrite dans le Protocoles de la nature paper apporte d’autres améliorations, telles que la création d’un boîtier imprimé en 3D pour la fixation du microscope et la puce de papier microfluidique. L’article présente également une méthode appelée seuillage adaptatif. Auparavant, les chercheurs fixaient une valeur fixe pour quelle quantité d’agent pathogène constituait un danger, ce qui limitait les niveaux de précision. La nouvelle version utilise l’intelligence artificielle pour définir le seuil de danger et tenir compte des différences environnementales, telles que le type de smartphone et la qualité du papier.

Impact sur le campus

Les chercheurs prévoient de s’associer avec des installations de test de l’Université de l’Arizona pour affiner leur méthode en l’adaptant à la détection du COVID-19. En attendant l’approbation du comité d’examen institutionnel de l’université, les étudiants qui sont déjà testés sur le campus par d’autres méthodes auront la possibilité de fournir un consentement écrit pour que leur échantillon soit également analysé via le dispositif de test basé sur smartphone. En fin de compte, les chercheurs envisagent de distribuer l’appareil aux hubs du campus afin que la personne moyenne – comme un assistant résident dans un dortoir – puisse tester des échantillons de salive provenant de groupes de personnes.

«L’adaptation d’une méthode conçue pour détecter le norovirus – un autre agent pathogène hautement contagieux – est un exemple remarquable de nos chercheurs pivotant face à la pandémie», a déclaré le président de l’Université de l’Arizona, Robert C. Robbins. «Cette technologie prometteuse pourrait nous permettre de fournir fréquemment et facilement des tests rapides, précis et abordables à la communauté du campus. Nous espérons en faire une partie régulière de notre stratégie «Tester, Tracer, Traiter» et qu’elle aura un impact plus large sur l’atténuation de la propagation de la maladie. »

Yoon et son équipe travaillent également sur une autre idée, basée sur un article de 2018 dans lequel ils ont publié Chimie – Une revue européenne, ce qui est encore plus simple mais laisse un peu plus de place à l’erreur. Il s’agit de la même technologie, mais au lieu d’un microscope pour smartphone et d’un boîtier spécialement conçu, les utilisateurs n’auraient qu’à télécharger une application pour smartphone et utiliser une puce microfluidique estampillée d’un code QR.

«Contrairement à la technique du microscope à fluorescence, où vous placez la puce dans la bonne position, il vous suffit de prendre un instantané de la puce», a déclaré Pat Akarapipad, étudiant à la maîtrise en génie biomédical. «Quel que soit l’angle ou la distance à partir duquel la photo est prise, l’application pour smartphone peut utiliser l’IA et le code QR pour tenir compte des écarts et exécuter les calculs en conséquence.»

La méthode ne nécessite aucune formation, donc, si elle est perfectionnée, elle pourrait potentiellement permettre aux étudiants de récupérer des puces microfluidiques sur un campus et de tester leurs propres échantillons. L’équipe travaille également avec d’autres membres du groupe de test COVID-19 de l’université, dont Deepta Bhattacharya, professeur agrégé au Département d’immunobiologie.

Référence: 29 janvier 2021, Protocoles de la nature.
DOI: 10.1038 / s41596-020-00460-7