Biocapteurs photoélectrochimiques à ADN – PHOBIOS

Ce travail multidisciplinaire a fait intervenir plusieurs approches et compétences :
- Des complexes originaux de Ru(II) et d’Ir(III) ont été synthétisés et caractérisés par RMN, spectrométrie de masse et diffraction des rayons X. Nous avons en particulier développé la synthèse de complexes originaux à base de ligands carbène, phénanthrolinequinone, bipyridines et phénazines
- Des oligonucléotides ont été synthétisés. En particulier, des aptamères de la thrombine ont été modifiés par différents groupements de type polyhistidine et cyclodextrines
- Des électrodes nanostructurées ont été fabriquées à partir de nanotubes de carbone et de nanobilles de polystyrène
- Un banc d’irradiation a été mis en place pour la fabrication des biocapteurs photoélectrochimiques
- Nous avons également mis en place des expériences de spectroscopie d’impédance couplée à la SPR.
- Des protéines réparatrices de l’ADN ont été purifiées et modifiées par des groupements histidine pour leur greffage sur électrode modifiée

Nous avons synthétisé de nouveaux complexes de coordination spécifiquement conçus pour la fonctionnalisation d’électrodes et de nanomatériaux et pour l’interaction avec des biomolécules, en particulier des oligonucléotides. Grâce à des interactions affines et supramoléculaires, ces électrodes peuvent interagir avec l’ADN de manière réversible et douce. Nous avons cherché sur ce type d’électrode à étudier différents types d’interactions pour élargir les cibles possibles des biocapteurs photoélectrochimiques ou impédancemétriques, que ce soit des séquences d’ADN particulières par hybridation avec un oligonucléotide complémentaire, des protéines ou des petites molécules organiques par l’utilisation d’aptamères ou des ADN porteurs de lésions en utilisant des protéines réparatrices.
Nous avons développé des stratégies originales de nanostructuration de métallopolymères photosensibles, que ce soit par combinaison avec des nanotubes de carbone ou par lithographie à base de nanosphère de polystyrène. Nous avons conçu de nouvelles électrodes capables d’interagir avec l’ADN de plusieurs façons. Nous avons ainsi mis au point des biocapteurs à ADN photoélectrochimique pour la détection d’une séquence d'acide nucléique caractéristique du génome de HIV ou la photodétection de cocaïne. En particulier, l’utilisation des aptamères, des oligonucléotides artificiels capables de reconnaitre spécifiquement des cibles autres que des acides nucléiques nous permettent également d’étendre l’utilisation de ces biocapteurs pour des cibles d’intérêt (polluants, perturbateurs endocriniens, toxines, etc…) Nous avons également mis au point un biocapteur impédancemétrique d’ADN lésé par l’immobilisation sur électrode d’une protéine de réparation de l’ADN.

La librairie de complexes photosensibles synthétisés nous permet l’étude future de différents types de capteurs photoélectrochimiques. Les propriétés électrochimiluminescentes de ces complexes leur permettent de pouvoir être intégré dans des capteurs à ECL. Enfin la flexibilité d’utilisation des aptamères et les méthodes supramoléculaires que nous avons développées dans le projet nous permettent d’envisager d’adapter facilement les biocapteurs à d’autres types de cible d’intérêt. Enfin, l’étude l’immobilisation contrôlée de protéines réparatrices de l’ADN ouvrent de nouvelles perspectives dans le design de biocapteurs à ADN. Nous avons également envisagé de coupler la caractérisation des surfaces et la mise au point des biocapteurs à la détection par SPR qui s’avère prometteuse dans la compréhension des mécanismes à la surface des électrodes et dans le design de biocapteurs de plus en plus sensibles.

(1) Reuillard, B.; Goff, A. L.; Cosnier, S. Non-Covalent Double Functionalization of Carbon Nanotubes with a NADH Oxidation Ru(II)-Based Molecular Catalyst and a NAD-Dependent Glucose Dehydrogenase. Chem. Commun. 2014, 50, 11731-11734
(2) Reuillard, B.; Le Goff, A.; Cosnier, S. Polypyrrolic Bipyridine Bis(phenantrolinequinone) Ru(II) Complex/Carbon Nanotube Composites for NAD-Dependent Enzyme Immobilization and Wiring. Anal. Chem. 2014, 86 (9), 4409–4415.
(3) Fritea, L.; Haddache, F.; Reuillard, B.; Le Goff, A.; Gorgy, K.; Gondran, C.; Holzinger, M.; Sandulescu, R.; Cosnier, S. Electrochemical Nanopatterning of an Electrogenerated Photosensitive Poly-[trisbipyridinyl-Pyrrole ruthenium(II)] Metallopolymer by Nanosphere Lithography. Electrochemistry Communications 2014, 46, 75–78.
(4) Haddache, F.; Le Goff, A.; Reuillard, B.; Gorgy, K.; Gondran, C.; Spinelli, N.; Defrancq, E.; Cosnier, S. Label-Free Photoelectrochemical Detection of Double-Stranded HIV DNA by Means of a Metallointercalator-Functionalized Electrogenerated Polymer. Chem. Eur. J. 2014, 20 (47), 15555–15560.

L’objectif de ce projet est la conception de nouvelles surfaces nanostructurées possédant des propriétés photoélectrochimiques par la combinaison de complexes de métaux de transition originaux basées sur de nouveaux ligands multi-fonctionnels et des nanotubes de carbone. Ces surfaces seront également capables d’interagir avec des brins d’ADN pour la conception de capteurs photoélectrochimiques à ADN. Le but final est la mise en œuvre d’une plateforme de détection multi-analyte, sans étape de marquage basé sur une détection de type photoélectrochimique.
Ces nouveaux complexes seront en particulier basés sur la coordination de ligands phénylpyridine et carbènes N-hétérocycliques sur des centres métalliques de type Ir(III et Ru(II) possédant des propriétés photoélectrochimques. Ces complexes organométalliques possèderont en outre un bras pouvant opérer une connexion avec les oligonucléotides et avec l’électrode ou le nano-objet. Le complexe de coordination, clé de voute de ces assemblages, sera également capable d’opérer la transduction de la reconnaissance moléculaire, c’est-à-dire l’hybridation d’un brin complémentaire ou l’interaction d’un aptamère et d’une protéine. L’intégration de nano-objets tels que les nanotubes de carbone ont pour objectif l’augmentation de la surface spécifique et de la concentration de surface des biomolécules et l’augmentation du signal de transduction (photon ou électrons) Le but final est la mise au point, la preuve de concept et la conception d’un photobiocapteur d’une séquence d'acide nucléique caractéristique du génome de HIV et d’une protéine jouant un rôle clé dans la coagulation sanguine, la thrombine.