Le dispositif de test génétique « laboratoire sur puce » peut identifier les virus en trois minutes avec une précision de haut niveau

Un appareil de diagnostic viral qui donne des résultats de qualité laboratoire en seulement trois minutes a été inventé par des ingénieurs de l’Université de Bath, qui le décrivent comme « le test COVID le plus rapide au monde ».

Le prototype du dispositif LoCKAmp utilise la technologie innovante « laboratoire sur puce » et il a été prouvé qu’il permettait une détection rapide et peu coûteuse du COVID-19 à partir d’écouvillons nasaux. L’équipe de recherche, basée à l’Université de Bath, affirme que la technologie pourrait facilement être adaptée pour détecter d’autres agents pathogènes tels que des bactéries ou même des maladies comme le cancer.

L’appareil fonctionne en libérant et en amplifiant rapidement le matériel génétique d’un échantillon d’écouvillon nasal en effectuant une réaction chimique pour produire un résultat, qui peut être consulté sur une application pour smartphone.

Contrairement aux tests de test à flux latéral, courants pendant la pandémie, le LoCKAmp utilise les mêmes techniques de test génétiques « de référence » auparavant réservées aux tests PCR (réaction en chaîne par polymérase) en laboratoire, permettant ainsi des tests rapides à l’échelle du laboratoire pour le première fois.

Outre sa précision, la vitesse du LoCKAmp le distingue. Avec des résultats affichés en trois minutes, l’équipe de recherche affirme qu’à sa connaissance, cela fait de LoCKAmp le test COVID-19 le plus rapide rapporté à ce jour.

Fabriqué à partir de composants disponibles dans le commerce et de cartes de circuits imprimés fabriquées en usine, le prototype pourrait être fabriqué à grande échelle rapidement et à faible coût, offrant ainsi aux prestataires de soins et aux organismes de santé publique du monde entier un nouvel outil efficace de détection des virus. .

L’équipe de recherche affirme qu’un partenaire commercial possédant l’expertise appropriée en matière de conception et de fabrication pourrait rapidement reconcevoir le LoCKAmp en un petit appareil portable, doté d’un grand potentiel d’utilisation dans les établissements de soins de santé éloignés.

L’équipe de recherche collabore déjà avec des partenaires universitaires et commerciaux et accueillerait favorablement d’autres approches, dans la mesure où elle cherche à mettre LoCKAmp en production.

L’appareil et son fonctionnement sont détaillés dans le document de recherche LoCKAmp : lab-on-PCB technology for <3 minute virus génétique détection, publié dans la revue Laboratoire sur puce.

Le Dr Despina Moschou, du Centre de Bath pour la bio-ingénierie et les technologies biomédicales (CBio), a dirigé la recherche. Elle déclare : « Nous avons commencé la recherche et le développement de LoCKAmp pendant la deuxième vague de COVID au Royaume-Uni. Nous étions convaincus que nous pourrions créer un appareil portable et peu coûteux capable d’effectuer une identification génétique du virus, comme un test PCR, en 10 ans. Nous l’avons fait, mais nous avons constaté que cela pouvait réellement fonctionner en seulement trois minutes.

“Il s’agit d’une démonstration étonnante des possibilités de la technologie des laboratoires sur puce et, compte tenu du faible coût et de l’adaptabilité de la technologie pour détecter une gamme de conditions, un outil potentiellement très précieux et unique pour une gamme de paramètres de soins de santé. “.

En utilisant la technologie des circuits imprimés facilement disponible et l’infrastructure de fabrication de masse associée, l’équipe affirme que le dispositif peut être produit à grande échelle rapidement et à moindre coût. LoCKAmp comprend une unité de test portable et des cartouches jetables, qui sont utilisées pour chaque test.

L’unité de test devrait coûter seulement 50 £ lorsqu’elle atteindra la production de masse, tandis que les cartouches de test, actuellement fabriquées au prix de 2,50 £, pourraient coûter moins de 50 pence.

Comment fonctionne LoCKAmp

LoCKAmp exploite un processus connu sous le nom de RT-LAMP (amplification isotherme médiée par boucle de transcription inverse) pour multiplier des séquences spécifiques d’ARN, ce qui signifie qu’il peut détecter rapidement le virus particulier qu’il recherche. L’équipe affirme que la détection LAMP est préférable au test PCR car elle a une sensibilité plus élevée, est plus rapide et plus spécifique.

Surtout, le traitement s’effectue à une seule température stable de 65°, au lieu de nécessiter les trois cycles thermiques requis par un test PCR. Cela signifie que l’appareil peut être rendu plus simple à une taille portable et avec une consommation d’énergie inférieure. Un autre avantage de cette conception est qu’aucun prétraitement des échantillons sur écouvillon nasal n’est requis.

Une fois qu’un échantillon d’écouvillon nasal est ajouté à l’appareil, le LoCKAmp pompe le liquide à travers de minuscules canaux « microfluidiques » transparents superposés sur le circuit imprimé, au-dessus de radiateurs en cuivre d’à peine 0,017 mm d’épaisseur. Ceux-ci chauffent l’échantillon, libérant le matériel génétique ARN du virus. Celui-ci est ensuite chauffé et traité avec des produits chimiques RT-LAMP pour encourager la multiplication.

Si l’ARN spécifique du virus est présent dans l’échantillon amplifié, il émet une fluorescence sous la lumière – ce signal est ensuite utilisé pour indiquer un test positif.

LoCKAmp a été développé par une équipe dirigée à l’Université de Bath, comprenant du personnel de ses départements de génie chimique, de chimie et des sciences de la vie, ainsi que des collègues de la James Watt School of Engineering de l’Université de Glasgow et du John Innes Center.

L’appareil a été testé avec des écouvillons de patients COVID-19 collectés par le Royal United Hospital Trusts de Bath, avec lequel l’université entretient un partenariat de recherche de longue date, au cours de la troisième vague de la pandémie.

Malgré l’arrêt de la pandémie, notamment dans la conscience publique et dans l’agenda législatif, le développement s’est poursuivi, compte tenu de l’adaptabilité et du potentiel du dispositif.

Portée pour suivre les épidémies via les eaux usées

En plus de prouver la capacité du système à analyser des échantillons sur écouvillon nasal, le LoCKAmp pourrait également être utilisé pour effectuer une surveillance et une détection anonymes au niveau communautaire de virus comme le COVID, en testant les eaux usées.

Cette utilisation alternative, qui nécessite un certain prétraitement des échantillons d’eaux usées, a été trouvée lorsque l’équipe a tiré parti de l’expertise en épidémiologie basée sur les eaux usées au sein du Water Innovation Research Center de Bath.

L’utilisation de LoCKAmp pour effectuer une analyse continue et en temps réel des eaux usées pourrait permettre aux organismes de santé publique de détecter rapidement la propagation de virus comme le COVID ou d’autres maladies infectieuses. Faire cela via les eaux usées peut donner une vision plus large à l’échelle de la communauté, plutôt que de compter sur des individus pour tester régulièrement une maladie.

Le professeur Barbara Kasprzyk-Hordern, du département de chimie de Bath, est une experte en épidémiologie environnementale et a contribué à la recherche. Elle déclare : « Grâce à la technologie LoCKAmp fournissant à la fois une identification et une quantification de cibles génétiques à faible coût et en temps réel, nous nous rapprochons de plus en plus du suivi des agents pathogènes en temps réel. Cela ouvre des opportunités passionnantes permettant la mise en place de systèmes d’alerte précoce utilisant les eaux usées pour la surveillance des agents pathogènes dans les communautés. “.