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Schéma montrant des boîtes quantiques en CdS et leurs applications. Crédit : Nanobioelectronics & Biosensors Group
Voilà une vingtaine d'années que les physiciensphysiciens étudient et développent les propriétés et les applications des boîtes quantiques, quantum dotsquantum dots en anglais. Il s'agit d'amas de quelques centaines à plusieurs milliers d'atomes formant un composé semi-conducteur. Un tel ensemble se comporte comme une nanostructure quantique dans laquelle des niveaux d'énergie discrets apparaissent pour les particules chargées confinées dans une zone à trois dimensions. Intermédiaires entre une molécule et un semi-conducteur classique, elles ont débuté leur carrière dans le domaine de l'optronique. Elles l'ont ensuite rapidement débordé et on les utilise aujourd'hui pour faire de l'imagerie médicale des cellules, en remplacement des colorants habituels. On pense même qu'elles pourraient être utiles pour lutter contre certains cancerscancers.
Après le séquençageséquençage du génomegénome humain, certaines maladies peuvent être reliées à des anomaliesanomalies génétiquesgénétiques précises. Si l'on pouvait dépister rapidement certaines dispositions chez un patient ce serait évidemment un gain appréciable pour la médecine, mais il faudrait pour cela disposer de moyens rapides et peu coûteux pour identifier certains gènesgènes bien spécifiques d'une maladie chez un patient. C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux de Arben Merkoci et ses collègues du Nanobioelectronics & Biosensors Group à l'Université indépendante de Barcelone.
Pour identifier un gène, la technique peut être décrite de façon simplifiée de la manière suivante. Il s'agit de mettre en présence deux brins d'ADNADN issus de deux sources différentes et de voir à quelle vitessevitesse ils s'assemblent pour former une double hélice. Si l'on dispose d'un brin portant, par exemple, un gène prédisposant à la mucoviscidose, on cherchera sa présence chez un patient en le mettant en contact avec un autre brin extrait de ses cellules. Si le gène s'y trouve, les deux brins s'accoleront rapidement et facilement.
La structure des deux brins de la molécule d'ADN en double hélice. Crédit : Darryl Leja
Un laboratoire sur une puce
Jusqu'à présent, afin de repérer certaines partie de l'ADN, les techniques portaient sur l'emploi de colorants ou de marquages à l'aide d'isotopesisotopes radioactifs. Malheureusement, ces techniques ont des limites et celle que proposent les chercheurs de Barcelone n'a pas les mêmes inconvénients.
En l'occurrence, ils associent une boîte quantique à base de sulfuresulfure de cadmiumcadmium (CdS) au brin d'ADN test portant le gène d'une maladie héréditairemaladie héréditaire donnée. Plusieurs associations de ce genre sont ensuite mélangées avec des brins d'ADN du patient chez qui on recherche une anomalie génétique. En utilisant un type de biosenseur connu sous le nom de screen-printed electrodes, du genre de ceux permettant de tester le taux de glucoseglucose sanguin, il devient possible de savoir rapidement si le gène recherché est bien là.
En effet, en se fixant à la boîte quantique semi-conductrice, le brin d'ADN, formant alors un morceau de double hélice, modifie les propriétés conductrices de la boîte ce qui se traduit par une modification de l'intensité du courant circulant dans les électrodesélectrodes.
La technique ne fonctionne pour le moment qu'avec un échantillon de brins d'ADN isolés, reste à savoir ce qu'elle donnerait avec, par exemple, un simple échantillon de sang d'un patient. A terme, on peut espérer l'apparition d'un véritable laboratoire miniature permettant de diagnostiquer rapidement et en une seule fois plusieurs prédispositionsprédispositions à des maladies génétiquesmaladies génétiques.
