Commutateurs Enzymatique pour la Détection Spécifique et Ultra-Sensible – ECOSENS

Le but ultime de la détection moléculaire est la détermination de concentrations extrêmement faibles d'un analyte spécifique dans un mélange complexe à l'aide d’outils analytiques rapides, simples et faciles à manipuler. L'objectif de ce projet est de développer une nouvelle technologie générique d'analyse simple et bon marché, capable d'atteindre des limites de détection ultra-basses de cibles organiques, minérales ou biologiques dans des échantillons environnementaux ou biologiques.
Notre stratégie repose sur l’association sans précédent de commutateurs moléculaires et enzymatiques couplées avec des méthodes électrochimiques pour la détection très sensible de petits analytes. Notre approche sera validée avec des cibles importantes comme H2O2, F-, ou H2S. En effet, ces molécules jouent un rôle primordial dans diverses maladie ou fonctions biologiques: un apport excessif de fluorure conduit à la fluorose, la lithiase urinaire, voire même le cancer; des concentrations élevées de H2O2 ont été trouvées dans un certain nombre de troubles respiratoires et de dysfonctionnements rénaux; des niveaux anormaux de H2S sont associés à diverses affections et son implication dans le domaine cardio-vasculaire est maintenant bien établie.
L’idée clé est de concevoir des commutateurs moléculaires qui, après réaction avec une molécule cible, déclencheront une réaction autocatalytique et la libération d'un cofacteur pour l'activation d'une apoenzyme confinée en surface. Cette stratégie associant deux amplifications permettrait d’atteindre une sensibilité sans précédent. La première amplification est l’autocatalyse de petits analytes associée à la libération exponentielle du cofacteur à partir d'un pro-cofacteur. La deuxième amplification est basée sur la mesure électrochimique de la reconstitution d’une apo-enzyme confinée en surface avec son cofacteur. Il a été démontré que l'activation en surface du biocatalyseur permet la détection de concentrations picomolaires de cofacteur. Des concentrations femtomolaires d’analytes en solution devraient donc être détectables grâce à la combinaison des deux amplifications.
Cette stratégie sera ensuite adaptée à des immunodosages ultrasensibles grâce à l'ajout en amont d'une enzyme produisant des F- ou du H2O2. Ces petites molécules seront ici considérés comme des produits intermédiaires générés par un marqueur enzymatique dans un dosage immunologique de type ELISA. Un gain idéal de sensibilité de près de 1 million par rapport à un ELISA classique est anticipée. Le développement d’une technologie plus sensible sera grandement profitable au diagnostic clinique. L'abaissement de la limite de détection de biomarqueurs constituerait une avancée majeure dans la détection précoce de cancers, de maladies infectieuses,de troubles neurologiques, ou bien l'identification de nouveaux biomarqueurs. Notre projet vise donc des limites de détection ultra-basses de biomarqueurs protéiques, similaires à celles de quelques rares immunodosages ultra-sensibles commerciaux. Mais le coût sera ici beaucoup plus faible, avec une simplicité accrue, et une plus grande capacité d'adaptation aux technologies et pratiques de laboratoire.
Des efforts importants seront investis dans la conception et la synthèse des pro-cofacteurs. L'évaluation de leur capacité à combiner la libération du cofacteur à l'amplification autocatalytique de la cible sera cruciale pour le développement ultérieur de cette technologie innovante.
Présenté dans le défi «Renouveau du tissu industriel" (Défi 3, biotechnologie blanche et chimie bio-inspirée, orientation 15: Capteurs et Instrumentation), l'objectif global de ECOSENS est le déploiement sur le marché d’une plate-forme modulaire de détection très précise de plusieurs composés d'intérêt (petites molécules et protéines) dans différents échantillons, avec un temps de commercialisation réaliste de cinq à dix ans.