Biocapteurs de métabolites amplifiés par des nanoantennes fluorescentes – AmpliSens

La détection et le profilage de métabolites dans les fluides biologiques sur le lieu de soins permettent des diagnostics rapides et précoces. Cependant, les tests actuels basés sur la fluorescence sont limités par la spécificité modeste et brillance limitée des sondes moléculaires fluorescentes disponibles. Pour relever ce défi, nous proposons de coupler des senseurs à base de protéines ou d’acides nucléiques, conçus/évolués pour activer la fluorescence de fluorogènes, avec des nanoantennes collectrices de lumière (nanoparticules polymères chargées de fluorophore). Dans ces senseurs amplifiés (AmpliSens), la reconnaissance du métabolite induit un changement de conformation du module biosenseur, contrôlant la fixation du fluorogène et donc l’activation de l’émission de fluorescence. Le signal de fluorescence est ensuite amplifié >100 fois par la nanoantenne grâce à (i) un transfert d'énergie par résonance de Forster (FRET) efficace entre les ~1000 colorants donneurs encapsulés dans la particule et le fluorogène ou (ii) l'immobilisation des nanoantennes sur une surface grâce à l'affinité entre le biosenseur et le fluorogène restaurée en présence du métabolite cible. Le programme de travail est composé de quatre « workpackages » (WP). Le WP1 est la synthèse et la caractérisation de nanoantennes amplificatrices basées sur des nanoparticules (NP) polymères chargées de colorants spécialement conçues et conjuguées avec des modules fluorogènes. Une attention particulière sera accordée à l'efficacité du transfert d'énergie (FRET) des NPs vers le module fluorogène, nécessaire à l'amplification du signal, et à la préservation de l'activité du module fluorogène à la surface des particules. Les WP2 et WP3 traitent de la conception de biosenseurs de métabolites basés sur la protéine FAST « fluorescence-activating and absorption-shifting tag» et des aptamères ARN fluorogènes, respectivement. Les biosenseurs à base de protéines seront obtenus par fusion et évolution de la protéine FAST avec des domaines protéiques sensibles à des cofacteurs enzymatiques. Les biocapteurs basés sur les aptamères combineront des séquences dérivées de riboswitchs, sensibles aux métabolites du tryptophane, avec un module fluorogène Gemini/Coral développé au cours d’une précédente collaboration entre les partenaires 1 et 3. Enfin, le WP4 combinera les nanoantennes amplificatrices du WP1 avec les biosenseurs des WP2 et 3 pour obtenir des nano-biosenseurs pour la détection amplifiée de métabolites. Ces nano-biosenseurs exploiteront deux mécanismes d'amplification : (i) l'amplification directe du signal du fluorogène par FRET avec la nanoantenne, qui fournira une réponse ratiométrique lors de la reconnaissance du métabolite cible en solution ; (ii) l’affinité entre le fluorogène et le biosenseur permettant la détection sur des surfaces, le métabolite déclenchant l'interaction spécifique des nanoparticules ultrabrillantes avec des surfaces fonctionnalisées avec le fluorogène. Les sondes AmpliSens seront appliquées à la détection ultrasensible de la kynurénine, de la sérotonine, de la phénylalanine et du glucose dans le sérum (sang) et l'urine. Le consortium est composé de trois partenaires aux expertises complémentaires : sondes et nanoparticules fluorescentes (P1), protéines activatrices de fluorogènes (P2) et aptamères ARN fluorogènes et microfluidique (P3). Le projet a un fort potentiel de valorisation, car les nano-biosenseurs AmpliSens proposés seront appliqués à la détection de métabolites médicalement pertinents pour le diagnostic de maladies sur le lieu de soin.