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Un progrès pour la détection des maladies : les nanopores

11.07.2018

Un groupe de chercheurs français associant public et privé vient de mettre au point un procédé et un prototype d’appareil de laboratoire brevetés qui permettent la détection de traces infinitésimales de protéines spécifiques de pathologies dans les fluides biologiques. Le dispositif utilise des nanopores protéiques permettant une miniaturisation telle que chaque patient pourrait à terme, disposer de son mini-laboratoire portatif connecté à l'hôpital. Naissance de la nanoprotéomique.

Nanopores

Des chercheurs français ont mis au point un prototype d’appareil de laboratoire qui permet de mesurer dans les fluides biologiques, de très faibles quantités (une dizaine de molécules) de biomarqueurs protéiques spécifiques d’une maladie humaine, ce qui jusqu’à aujourd’hui était impossible à réaliser avec les méthodes disponibles. Ce travail vient de faire l’objet d’une publication dans la revue « Nature communications ». Ils y démontrent que leur innovation brevetée détecte, dans des solutions médicales dites pures, des protéines indétectables avec les techniques courantes.

Cette technologie augure des possibilités inconnues jusqu’alors : détecter des cellules isolées ou présentes en très faibles quantité dans les tissus ou les fluides corporels. Une détection de molécules associées aux cancers ou à leurs récidives bien avant leurs effets délétères est envisageable. Un bon en avant radical dans le diagnostic et la prévention du cancer. Cela rend possible le séquençage du protéome et l’analyse des marqueurs protéiques présents dans les cellules tumorales rares circulantes extraites du sang des patients. Les plus agressives, celles qui vont former des métastases, seront mieux repérées.

L’innovation présente dans l'appareil mis au point, a pour principe d’utiliser un nanopore (diamètre de l’ordre de 0,000 000 001 mètre) protéique. Une fois intégré dans un système robotisé entre deux électrodes, il permet de détecter individuellement des objets moléculaires tels que des biomarqueurs protéiques solubles dans un plasma ou une urine par exemple, et de les identifier. Les signaux électriques enregistrés lors du passage à travers le nanopore sont spécifiques de chaque protéine et permettent de repérer ses modifications.

Développer un dispositif de e-santé

Pour l’instant au stade du prototype de laboratoire, les chercheurs se sont donnés pour mission de rendre cette innovation portable (de la taille d’un crayon). Dans un futur proche, chaque patient pourrait avoir,  à son domicile, un « smart laboratoire » miniature, portable, peu coûteux, connecté à l’hôpital et au médecin et à réponse rapide. Il pourrait conduire à l’amélioration de l'efficience du système de santé, grâce à l’augmentation de la performance des traitements et d’importantes économies de temps et de coût. Pour le professeur Philippe Manivet de l’hôpital Lariboisière, l’un des inventeurs, “Cette découverte est un changement radical de paradigme dans l’étude de l’infiniment petit en médecine, similaire à celui qu’a connu l’imagerie médicale avec l’invention du scanner et de l’IRM. Devenue aussi banale qu’un thermomètre et d’un coût très faible, la large diffusion de cette innovation aura un impact socio-économique gigantesque. En perspective, le désengorgement des consultations hospitalières, une meilleure prise en charge du patient à son domicile et un bénéfice notable pour l’économie de santé. Nous sommes heureux de participer à cette formidable aventure médicale et scientifique et de montrer que le décloisonnement des sciences et de la médecine est nécessaire pour mener de façon optimale notre combat permanent contre la maladie.”

Pourquoi s’intéresser aux protéines ?

Le génome est beaucoup étudié dans le monde de la recherche et de la détection des maladies. Les protéines sont le fruit de l’expression du génome. Or une même séquence d’ADN peut produire plusieurs types de protéines selon l’individu ou le contexte. Chercher à détecter les protéines ou certaines de leurs parties (peptides) permet d’affiner les diagnostics, de les rendre hyperspécifiques et précis. « La lecture de la séquence d’ADN, a conduit à l’attribution d’un prix Nobel de chimie dans les années 80 (Frederick Sanger et Walter Gilbert). Mais l’information sur l’ADN ne suffit pas à comprendre de nombreuses maladies. Notre objectif est donc d’appliquer notre innovation de rupture et preuve de concept sur les peptides à la lecture de la séquence de protéines à l’échelle de la molécule unique afin d’aider au dépistage de maladies », explique Juan Pelta, responsable de l’équipe de recherche impliquée et commune aux universités d’Evry et de Cergy-Pontoise. La technique du nanopore permet d’élargir le champ de la protéomique à celui de la nanoprotéomique qui permet les détections de quantités indétectables jusqu’alors.

Le monde économique s'associe à la recherche publique

Cette innovation est le fruit d’une collaboration multi et interdisciplinaire. Chercheurs académiques en biochimie et biophysique du laboratoire LAMBE commun aux universités de Cergy-Pontoise, d’Evry et au CNRS, chercheurs en biologie médicale de l’Hôpital Lariboisière, membre de l’APHP, et chercheurs de la PME Excilone basée dans les Yvelines se sont associés assemblant ainsi leur savoir-faire. Pierre Defrenaix, PDG de la société Excilone revient sur cette technique co-inventée : “Lors de la création de notre société Excilone (l’excellence dans epsilon quantités de biomarqueurs) il y 10 ans, la médecine personnalisée n’était encore qu’un jeune concept. L’ambition majeure de l’entreprise était alors de développer la micronanogénomique, des techniques d’analyse de l’ADN et de l’ARN de biomolécules à partir d’une très faible quantité de cellules, alors réalisées à partir d’une grande quantité. Le pas de géant que nous venons de franchir avec la nanoprotéomique n’était même pas imaginable à l’époque. Dorénavant, l’analyse d’une quantité aussi faible de protéines que celle par exemple d’un facteur de transcription dans le noyau d’une cellule unique, est désormais accessible !

1 Protéome : ensemble de protéines d’un organisme, d’un fluide biologique, d’un organe, d’une cellule ou même d’un compartiment cellulaire
2 Protéomique : étude des protéines d’un organisme, d’un fluide biologique, d’un organe, d’une cellule ou même d’un compartiment cellulaire.

La publication parue dans Nature communications
Identification of single amino acid differences in uniformly charged homopolymeric peptides with aerolysin nanopore

Les responsables des trois équipes de recherche

Professeur Philippe Manivet de l’hôpital Lariboisière et APHP, Directeur de la Plateforme de Ressources Biologiques BBA-Systems (BioBanking & Analytics Systems) du groupe hospitalier Saint Louis-Lariboisière-Fernand Widal, membre du domaine d’intérêt majeur RESPORE d’Ile de France.

Professeur Juan Pelta de l’unité « Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l’Environnement », Université d’Evry et Université de Cergy-Pontoise, CNRS, co-directeur du domaine d’intérêt majeur RESPORE d’Ile de France. Lauréat ATIGE/Genopole 2007.

Pierre Defrenaix, PDG de la société Excilone

Ces travaux de recherche ont été soutenus financièrement par

- la Direction Générale de l’Armement

- l’Agence Nationale pour la Recherche

- la Région Ile-de-France par l’intermédiaire du Domaine d’Intérêt Majeur RESPORE (Réseau d’Excellence en Solide POREux)

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