MicroPREP : des percées dans la purification des échantillons biologiques dans l'espace
MicroPREP est un « laboratoire sur puce » canadien basé sur une technologie de microfluidique centrifuge avec contrôle pneumatique. À partir d'un échantillon de fluides corporels, cette technologie peut isoler plusieurs macromolécules, comme l'ADN et les protéines, ou les cellules rares, permettant ainsi d'évaluer l'état du système immunitaire, l'inflammation, la perte osseuse ou les effets du rayonnement. Cette innovation qui utilise des puces microfluidiques de la taille d'un téléphone intelligent offre la possibilité de réaliser de nouvelles expériences scientifiques dans l'espace.
Contexte
Le sang contient de nombreuses substances, notamment des cellules, des plaquettes, des éléments nutritifs, des hormones et des déchets. Leur purification constitue une étape préalable à l'analyse de composants particuliers comme l'ADN.
Sur Terre, dans les laboratoires spécialisés, le personnel hautement qualifié doit préparer les échantillons biologiques avant leur analyse. Les astronautes qui réalisent des expériences scientifiques dans l'espace n'ont cependant pas accès à ce type d'équipement. De plus, leur horaire chargé ne leur permet pas de consacrer beaucoup de temps à préparer de tels échantillons à des fins d'études scientifiques ou de diagnostic médical.
Grâce à sa technologie automatisée, à sa taille compacte et à son approche unique de la purification, MicroPREP pourrait faciliter et accélérer le processus d'analyse des échantillons tant sur Terre que dans l'espace. Cette nouvelle méthode pourrait permettre la médecine de précision personnalisée dans les milieux cliniques et éloignés en réduisant considérablement le temps de préparation et la taille des échantillons ainsi que l'intervention humaine requise pendant les examens médicaux.
Ce laboratoire sur puces a également un grand potentiel d'utilisation dans l'espace, notamment pour soutenir les diagnostics médicaux pendant les missions d'exploration habitées dans l'espace lointain.
MicroPREP : des percées dans la purification des échantillons biologiques. (Sources : Agence spatiale canadienne [ASC], Conseil national de recherches Canada [CNRC].)
Objectifs
La technologie MicroPREP vise à :
- développer des puces microfluidiques permettant d'isoler des marqueurs sanguins précis, notamment ceux liés aux systèmes immunitaire et cardiovasculaire ou aux modifications épigénétiques causées par l'environnement spatial;
- créer des puces simples qui fonctionneront en apesanteur;
- automatiser le processus de purification et de préparation d'un échantillon;
- produire des échantillons concentrés et normalisés qui pourraient être utilisés à des fins d'analyse par des technologies standards, comme le bioanalyseur;
- stimuler le développement d'instruments d'analyse pour une mise en service dans l'espace
Retombées sur Terre
La technologie MicroPREP, qui repose sur une variété de puces microfluidiques, permet d'automatiser et d'intégrer des tests biologiques complexes. Grâce à cette technologie, il est possible, par exemple, d'isoler des composants précis d'échantillons biologiques, d'automatiser la détection de pathogènes. Cette technologie sera utilisée au premier centre de recherche en microanalytiques du Canada, en partenariat avec le Centre hospitalier universitaire Sainte‑Justine, pour cibler des cancers précis et des maladies pédiatriques.
Son vaste éventail d'applications s'étend même à d'autres domaines, comme dans le secteur de la salubrité alimentaire, où il est d'une importance cruciale de pouvoir isoler les bactéries et les virus pour éviter tout problème de santé publique.
Déroulement
- L'utilisateur choisit la puce de MicroPREP selon le type d'analyse à effectuer.
- Un échantillon de sang est ajouté à la chambre d'admission de la puce.
- La puce est ensuite placée dans une centrifugeuse spécialisée conçue pour séparer le sang en ses composants. Elle mesure un volume précis de sang pendant qu'elle est centrifugée à grande vitesse. La puce de MicroPREP n'en utilise qu'entre 0,05 et 0,3 ml pour effectuer la purification.
- Elle isole les molécules ciblées, évacue les impuretés de l'échantillon et permet finalement d'extraire un concentré qui peut être utilisé pour les analyses.
Pour en savoir plus sur le fonctionnement de la centrifugeuse, regardez la vidéo du CNRC.
La technologie automatisée de laboratoire sur puces isole les composants des échantillons liquides. (Source : CNRC.)
La technologie de MicroPREP a été mise à l'essai pendant un vol parabolique, ce qui a permis d'en évaluer la performance en apesanteur. Au cours d'un vol parabolique, un avion à réaction modifié vole de façon à créer des périodes de 15 à 20 secondes de microgravité, ce qui permet d'anticiper les problèmes qui pourraient survenir dans l'espace.
Dates
En partenariat avec l'ASC, des ingénieurs et des scientifiques du CNRC ont commencé à concevoir la technologie de MicroPREP en .
L'Agence a accordé un contrat à MDA pour développer une centrifugeuse destinée uniquement aux puces MicroPREP, pour une utilisation dans l'espace. MDA a fait équipe avec l'entreprise de biotechnologie Starfish Medical de Vancouver pour adapter la centrifugeuse aux conditions de la Station spatiale internationale.
En , MDA a livré le prototype de centrifugeuse spatiale au CNRC. La centrifugeuse subira des tests avant d'être envoyée à la Station.
Chercheurs
- Daniel Brassard, Ph. D., et Teodor Veres, Ph. D., CNRC
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