La détection précoce de la maladie de Lyme pourrait être renforcée par une technologie de test plus simple et plus rapide

Pour certaines personnes malchanceuses, le temps passé en plein air peut entraîner la maladie de Lyme, une maladie qui provoque des douleurs à la tête, aux articulations et aux muscles, des symptômes grippaux, de la fatigue et parfois une éruption cutanée. Si elles ne sont pas traitées, ces effets peuvent devenir invalidants et s’étendre jusqu’à la paralysie, l’inflammation du cerveau et du cœur, ainsi que des problèmes de mémoire, d’audition et de vision qui peuvent durer des années.

La maladie de Lyme, qui devrait toucher plus de 600 000 personnes aux États-Unis cette année, est causée par une bactérie en spirale qui se transmet aux humains par la piqûre de tiques de cerf infectées. Le microbe provoque une réaction immunitaire complexe qui peut ressembler à la réponse à d’autres bactéries dangereuses transmises par les tiques, ce qui complique souvent la tâche des médecins pour instaurer le traitement antibiotique approprié.

Pour détecter la maladie de Lyme, les Centres pour le contrôle et la prévention des maladies recommandent actuellement un programme de tests à deux niveaux, effectués dans des laboratoires centralisés ; les résultats prennent une à deux semaines. Le traitement aux antibiotiques ne guérit pas tous les cas, mais peut aider à prévenir la maladie à long terme chez 80 à 90 % des patients à un stade précoce. Cependant, selon la Bay Area Lyme Foundation, les tests actuels ne détectent pas 7 cas sur 10 à un stade précoce.

Des membres du California NanoSystems Institute de l’UCLA ont développé une technologie de test qui n’est pas très différente des kits à domicile pour détecter l’infection au COVID-19. Les résultats sont interprétés en 20 minutes par un lecteur portable utilisant l’intelligence artificielle.

Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communicationsles chercheurs et leurs collègues ont utilisé des échantillons de patients pour montrer que le test unique amélioré par l’IA est aussi fiable que le schéma traditionnel de dépistage de la maladie de Lyme, qui nécessite deux tests.

La rapidité, la portabilité et le coût relativement faible de la méthode suggèrent la possibilité d’une détection de la maladie de Lyme le jour même, dans la clinique où les patients reçoivent des soins.

« Beaucoup de gens découvrent qu’ils sont atteints de la maladie de Lyme bien après le moment où ils auraient pu être traités très facilement », a déclaré le co-auteur correspondant Dino Di Carlo, professeur d’ingénierie et de médecine Armond et Elena Hairapetian à la Samueli School of Engineering de l’UCLA.

« Si nous pouvons mesurer rapidement, de manière rentable et sans imposer de fardeau au système de santé et au patient, alors les tests pourront être effectués plus systématiquement. Si vous étiez dans les bois et que vous présentiez des signes de morsure de tique ou d’autres symptômes, il pourrait être prudent de faire rapidement un test à domicile ou dans une clinique locale, ce qui pourrait permettre un traitement potentiel plus précoce. »

Les tests à domicile pour le dépistage de la COVID-19, dans lesquels un échantillon est appliqué sur une cartouche contenant du papier spécial, offrent un point de comparaison utile. L’échantillon circule le long du papier et passe devant des anticorps qui s’accrochent à une protéine spécifique de la maladie, qui sont visualisés par un deuxième ensemble d’anticorps attachés à de minuscules particules d’or mesurées en milliardièmes de mètre. Après une brève attente, les résultats peuvent être lus à l’œil nu.

La technologie de détection de la maladie de Lyme prend une autre direction : un échantillon de sérum sanguin est déposé dans une cartouche, suivi d’un liquide tampon, et s’écoule verticalement de haut en bas à travers plusieurs couches de papier spongieux. Une couche de papier est chargée d’un ensemble de peptides fabriqués en laboratoire (éléments constitutifs des protéines de la bactérie responsable de la maladie de Lyme) qui détectent chacun un ensemble unique d’anticorps formés en réponse à ce microbe.

Le motif formé sur le papier, qui contient des informations sur la présence et la quantité de chaque anticorps, est capturé à l’aide d’un lecteur numérique et analysé par un algorithme d’IA qui fournit des résultats. Dans l’étude, chaque papier de test coûte 3 $ et le lecteur a été adapté à partir d’un smartphone disponible dans le commerce à 200 $.

Le nouveau test de dépistage de la maladie de Lyme est l’un des premiers exemples de technologies de diagnostic rapide qui permettent d’établir un profil complet de la réponse immunitaire humaine à une maladie.

« Si vous pouvez quantifier un panel d’indicateurs à partir d’un seul échantillon, vous pouvez apprendre beaucoup de choses intéressantes sur l’état du patient », a déclaré Aydogan Ozcan, co-auteur correspondant, professeur Volgenau d’innovation en ingénierie à l’UCLA Samueli et directeur associé de l’entrepreneuriat, de l’industrie et des échanges universitaires du CNSI.

« Dans le cas de la maladie de Lyme, nous examinons un panel de facteurs immunitaires qui peuvent être très différents chez différents patients, en fonction de leurs antécédents, de leur origine, etc. Nous avions besoin de l’IA pour donner un sens à un signal aussi complexe. »

Les chercheurs ont formé leur algorithme en utilisant plusieurs échantillons, y compris ceux provenant de la maladie à un stade précoce, fournis par la Lyme Disease Biobank de la Bay Area Lyme Foundation et ont analysé en aveugle les performances de leur technologie en utilisant de nouveaux échantillons de la biobanque.

Ils ont obtenu une sensibilité de 95,5 % dans la détection de la maladie de Lyme et une spécificité de 100 %, en excluant les échantillons sans maladie. Grâce à des échantillons supplémentaires provenant du CDC, ils ont montré que leur test au point de service correspondait très bien aux résultats des tests en laboratoire, détectant correctement la maladie de Lyme et la différenciant des maladies similaires.

« L’IA ne peut être efficace que si les données sont bonnes », a déclaré Ozcan. « C’est pourquoi nous avons travaillé avec la Lyme Disease Biobank et le CDC pour obtenir des échantillons bien caractérisés. Leur participation a été très importante pour que notre IA puisse apprendre les schémas de réponse immunitaire contre la bactérie responsable de la maladie de Lyme. »

Outre l’IA, les peptides synthétiques de la société Biopeptides, Corp., basée dans le Connecticut, ont été un élément clé de la nouvelle technologie de test. Comparés aux protéines entières utilisées dans certains tests de laboratoire pour la maladie de Lyme, les peptides peuvent être liés de manière plus spécifique, sont plus faciles à produire et sont plus stables.

« Les peptides sont vraiment essentiels », a déclaré Di Carlo. « Nous voulons nous concentrer sur les réponses qui sont très spécifiques à la maladie de Lyme et non sur d’autres maladies apparentées ou similaires. En même temps, les tests peuvent être moins chers, durer plus longtemps et générer moins d’erreurs de diagnostic. »

Si le test continue de réussir, il faudra peut-être quelques années avant qu’il soit disponible en clinique. Les chercheurs recherchent actuellement des partenaires pour développer leur technologie afin d’accélérer ce processus. Ils travaillent également à l’adaptation du test pour utiliser des échantillons de sang total plutôt que de sérum, et prévoient de simplifier davantage le format du test et de développer un lecteur d’échantillons IA dédié, indépendant d’un smartphone donné.