La détection de biomarqueurs dans des fluides biologiques est une étape essentielle du diagnostic de plusieurs maladies et indispensable à leur traitement. Ces biomarqueurs sont souvent présents en quantité très faible nécessitant une étape de concentration. Leur analyse s’effectue usuellement par spectrométrie de masse à partir d’un volume d’analyte déposé puis séché sur une plaque. Les phases de dépôt et d’évaporation des gouttes sont des étapes essentielles qui gouvernent la qualité, l’efficacité et la sensibilité de l’analyse. Cette méthode manque cependant d’homogénéité et de reproductibilité avec une grande variabilité sur un même dépôt ou d’un dépôt à l’autre.
Dans cette perspective le laboratoire LIONS du NIMBE, en collaboration avec le Service d’Ingénierie Moléculaire des Protéines (IBiTec-S/SIMOPRO) a récemment développé un procédé DMF-MALDI (en anglais : Droplet Microfluidic-Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation) interfaçant une puce microfluidique digitale à un spectromètre de masse MALDI-TOF (MALDI – Time of Flight). Appliqué aux peptides, ce procédé permet d’augmenter fortement leur détection et d’analyser des solutions de concentrations initiales sub-nanomolaires (< 10-9 mol/l).
L’amélioration de la sensibilité d’un instrument d'analyse biologique est toujours un vrai défi technologique. À côté du simple développement instrumental, une solution alternative existe reposant sur la préparation et le traitement des échantillons. Pour améliorer la sensibilité d’analyse, la concentration de l'analyte déposé sur un support est une des stratégies possible.
Détecter des biomarqueurs dans le sang ou le sérum est une étape essentielle permettant le diagnostic de maladies en vue de leur traitement. Les biomarqueurs les plus courants sont les acides nucléiques, les peptides, les protéines et les anticorps. Les biomarqueurs sont souvent présent à des concentrations très faibles rendant leur détection et leur identification difficiles. Une étape de concentration est donc nécessaire pour une analyse sensible et efficace. Une des techniques d’analyse la plus courante implique le dépôt d’un volume de solution d’analyte sur une plaque, un support ou dans des puits. Dans la procédure d’analyse sur plaque, le dépôt et l’évaporation des gouttes sont des processus essentiels. La qualité et l’efficacité de l’analyse se trouvent affectées par des dépôts non homogènes ou peu reproductibles d’une goutte à l’autre.
La microfluidique permet la manipulation de fluides à l’échelle micrométrique, et c'est le bon moyen pour contrôler la formation et le dépôt des gouttes. Un générateur de gouttes micrométriques, couplé à un système de dépôt automatisé a ainsi été mis au point. Les gouttes formées au niveau de la puce sont transportées par de l’huile jusqu’à la plaque d’analyse. L’utilisation d’un mélange eau-huile pour transporter les gouttes permet de contrôler la phase de séchage et de concentrer l’analyte au centre du spot. Le signal obtenu par masse spectrométrie est ainsi augmenté d’un facteur 30 ce qui abaisse notablement le seuil de détection et améliore la sensibilité de la méthode. La Figure 2 présente le spectre MALDI-TOF MS d’un dépôt de 5 femto-moles d’un peptide modèle l’angiotensin II.
Ces résultats sont très encourageants car le mécanisme hydrodynamique sous-jacent impliqués dans le processus de concentration est générique et pourrait être appliqué à d’autres types de molécules et même des particules.
Référence :
DMF-MALDI: droplet based microfluidic combined to MALDI-TOF for focused peptide detection.
K. Mesbah, R. Thai, S. Bregant & F. Malloggi, Scientific Reports 7, 6756 (2017).
Contact CEA : Florent Malloggi, NIMBE/LIONS (UMR 3685 CEA-CNRS)
Collaboration :
- Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie (NIMBE/LIONS) UMR 3685 CEA-CNRS
- SIMOPRO, JOLIOT, DRF, CEA, Université Paris-Saclay, CEA Saclay 91191, Gif sur Yvette Cedex, France