Paludisme
un micro-laboratoire pour diagnostiquer la maladie
Un micro-laboratoire pour diagnostiquer le paludisme
Un micro-laboratoire pour diagnostiquer le paludisme
Par Anna Thibeau
Nanotechnologies pour la santé | En 2022, 249 millions de cas de paludisme ont été recensés dans le monde, avec un nombre de décès s’élevant à 608 000. Cette maladie, transmise à l’être humain par des piqûres de moustiques, touche plus particulièrement les pays tropicaux. Le diagnostic du paludisme dans ces régions du monde revêt un enjeu majeur. Imaginons la possibilité d’un autotest, semblable à celui du COVID-19 : un laboratoire sur puce qui permettrait à des personnes éloignées des laboratoires ou des hôpitaux de savoir quasi instantanément si elles sont actuellement atteintes ou non du paludisme. Un tel micro-laboratoire transportable permettrait de faciliter considérablement le dépistage du paludisme. C’est l’idée que développe Magalie Faivre, chercheuse à l’Institut des Nanotechnologies de Lyon, en travaillant sur la conception de petits dispositifs permettant une détection directe de la présence du parasite du paludisme dans les globules rouges.
Magalie Faivre travaille sur la conception d’un laboratoire sur puce, qui à la manière des tests pour le diabète ou des tests de grossesse, pourrait être transportable et réalisable chez soi. L’idée serait d’associer ce dispositif à une application smartphone qui permettrait de traiter et lire les résultats directement.
Il existe déjà des tests du genre Covid pour la détection du paludisme dans les pays en développement endémiques (Afrique). Cependant, ces tests se basent sur la détection d’une protéine sécrétée par le parasite dans le sang et qui perdure plus de 15 jours après la disparition des parasites suivant la prise du médicament. Cette technique peut donc causer des faux positifs. La stratégie développée à l’INL est de permettre une détection directe de la présence du parasite dans les globules rouges via des approches biophysiques (mesure de la déformabilité).
Quel est le principe ? Le paludisme est causé par un parasite du genre Plasmodium qui infecte les globules rouges du sang. Magalie Faivre a développé un procédé original basé sur l’exploitation des propriétés physiques des globules rouges : « Je déforme mécaniquement des cellules et leur fait avouer si elles sont malades ou saines », explique-t-elle.
Observer le comportement des globules rouges
Lorsqu’on le challenge mécaniquement, le globule rouge se déforme. Afin d’exploiter ce principe, Magalie Faivre conçoit des systèmes contenant des petits canaux crénelés ou dentelés qu’elle a designés elle-même. La forme des canaux est conçue pour que les cellules se compressent dans les rétrécissements, et s’étirent perpendiculairement dans les élargissements, afin d’obtenir une succession de rétrécissements / élargissements, rétrécissements / élargissements, etc. « La cellule doit se déformer et s’étirer pour passer dans les restrictions, et s’étirer dans l’autre sens dans les élargissements, comme si elles faisaient du yoga ou du stretching », précise Magalie Faivre. Lorsqu’ils s’écoulent dans ces canaux, les globules rouges semblent alors nager à la manière de petites méduses.
Vue du laboratoire sur puce dans lequel s’écoule un globule rouge sain. La cellule doit se déformer pour pouvoir passer dans le canal étroit, nageant à la manière d’une méduse (voir ci-dessus) – ©Magalie Faivre – INL
L’écoulement des globules rouges est visualisable sur un écran. Selon la géométrie du canal, les globules rouges adoptent des formes, des étirements, qui sont typiques de leur état physiologique. La « nage » des cellules pathologiques est différente de celle des cellules saines, c’est la raison pour laquelle ce système permet une détection directe du parasite dans le sang. Les cellules saines sont capables de mieux s’étirer, elles sont plus souples que les cellules pathologiques qui sont rigidifiées : « Un globule rouge infecté par le paludisme oscille un petit peu dans le flux mais ne se déforme pas vraiment », explique la chercheuse.
Chaque écoulement est filmé afin de procéder ensuite à l’analyse des images et à la réalisation de mesures. Deux paramètres sont pris en compte : l’étirement de la cellule à la sortie du canal et le temps de relaxation, c’est-à-dire le temps que la cellule met pour revenir à l’état d’origine. La mesure de ces deux paramètres permet de distinguer les globules rouges sains des globules rouges atteints du paludisme.
Magalie Faivre prépare un échantillon de globules rouges. Elle dilue la goutte de sang dans une solution saline pour éviter la coagulation.
Elle place l’échantillon en centrifugeuse afin de pouvoir collecter ensuite les globules rouges au fond des tubes.
Les cellules sont ensuite injectées dans le système.
Magalie Faivre peut alors visualiser l’écoulement des globules rouges dans le canal qu’elle a designé.
Dépister le paludisme, mais pas seulement
Ce dispositif a été testé pour d’autres maladies qui rigidifient également les globules rouges, telles que la drépanocytose ou la sphérocytose héréditaire. Les paramètres choisis pour dépister le paludisme fonctionnent aussi pour ces pathologies, en permettant de distinguer les cellules malades des cellules saines. Mieux encore, ils permettent d’identifier chacune des maladies. « Un globule rouge atteint de paludisme ne va pas avoir le même comportement qu’un globule rouge atteint de drépanocytose », explique Magalie Faivre. Elle confie à ce sujet : « Quand j’ai testé différentes pathologies, honnêtement, je m’attendais à ce que tout sorte au même endroit, en me disant on peut dire malade ou sain et c’est tout, mais en fait c’est beaucoup plus sensible que ça ». Le micro-laboratoire pourrait donc servir à dépister plusieurs maladies affectant les propriétés physiques des globules rouges.
Un micro-système conçu en salle blanche
L’observation de l’écoulement des globules rouges dans le dispositif conçu par Magalie Faivre se déroule dans l’espace L2 biotech de l’INL, un laboratoire de biologie de classe 2. La confection de ce dispositif transportable se fait dans une autre salle de l’INL, appelée Salle blanche. Les objets fabriqués dans cet espace sont de l’ordre du micromètre, avec des tailles comparables à celles d’un grain poussière ou de pollen. Le taux d’empoussièrement de la salle doit donc être parfaitement contrôlé : l’air de la salle est renouvelé 36 fois par heure ! Il est obligatoire de porter une blouse intégrale, des sur-chaussures et des gants pour ne pas contaminer les échantillons.
Chaque micro-dispositif fabriqué dans cette salle blanche comporte 18 canaux, soit 18 tests différents sur une même puce. Ces systèmes sont en Polydiméthylsiloxane (PDMS), un dérivé du pétrole, et peuvent être produits très rapidement : « En une heure, je vous fais 18 puces », précise Magalie Faivre.
Procédure de micro-fabrication en salle blanche
La procédure de fabrication est extrêmement précise mais relativement rapide puisqu’elle dure une heure à une heure-et-demie. « Ce n’est pas la solution que l’on utiliserait pour une production à l’échelle d’une grande population mais il y a des techniques qui existent et qui pourraient être facilement transposables », explique Magalie Faivre.
S’il venait à être déployé à l’échelle de toute une population, le micro-laboratoire développé à l’INL, de par son efficacité et la rapidité d’analyse des résultats, faciliterait considérablement le dépistage du paludisme, mais aussi celui d’autres maladies affectant les globules rouges, permettant ainsi une prise en charge précoce des patients.
Crédits photographies – © Éric le Roux
Un dossier Sciences pour tous réalisé à l’Université Claude Bernard Lyon 1
Faire un test de grossesse, mesurer sa glycémie ou encore faire un dépistage Covid-19. Aujourd’hui, les exemples du quotidien ne manquent pas pour illustrer comment la science s’achemine au chevet du patient. Car à l’intérieur de ces petits boitiers anodins se cachent de véritables laboratoires miniaturisés.
D’infimes quantités de liquides prélevées y sont manipulées et dirigées à travers un réseau de petits canaux pour les analyser.
À l’Institut des nanotechnologies de Lyon, des chercheuses et chercheurs exploitent cette technologie pour apporter de nouvelles solutions dans de nombreux domaines de la santé, nourrissant l’espoir d’améliorer les tests diagnostiques pour le cancer, les maladies du sang, le diabète, mais aussi de mieux comprendre le fonctionnement de nos organes. Avec l’objectif d’aller vers une médecine moins invasive et plus personnalisée pour mieux nous soigner.
Un dossier Sciences pour tous réalisé à l’Université Claude Bernard Lyon 1
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