IBM 5 en 5 :les laboratoires médicaux « sur une puce » serviront de détectives de la santé pour traquer les maladies à l'échelle nanométrique

Un silicium plaquette conçue pour trier les particules trouvées dans les fluides corporels à des fins de détection précoce des maladies.

Plus une maladie est diagnostiquée tôt, plus elle a de chances d'être guérie ou gérée avec succès. Par exemple, le cancer du sein et le cancer de la prostate détectés et traités au premier stade ont des taux de survie à cinq ans de près de 100 %. Au stade quatre, ce taux tombe à environ 26 % pour le cancer du sein et 28 % pour le cancer de la prostate.

Le défi de trouver une maladie tôt est que beaucoup d'entre nous ne cherchent pas de traitement avant d'avoir des symptômes, ce qui signifie que la maladie a déjà progressé. Les technologies de détection d'aujourd'hui, telles que les mammographies, sont souvent inconfortables, peu pratiques et pas toujours précises.

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• Les laboratoires médicaux "sur puce" serviront de détectives de la santé pour détecter les maladies à l'échelle nanométrique
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Je travaille sur la génomique du cancer depuis plus d'une décennie et demie, au cours de laquelle j'ai vu des progrès incroyables, principalement dus aux avancées de la technologie génomique. Au début, mon travail était principalement axé sur l'analyse d'ensembles massifs de données génomiques provenant de technologies nouvelles à l'époque comme les puces d'expression génétique et, plus tard, le séquençage d'ARN.

Il y a environ 10 ans, j'ai reconnu que l'expertise et les ressources incroyables en micro et nanotechnologie dont nous disposons chez IBM Research pourraient être utilisées pour faire progresser le séquençage de l'ADN. Il y a environ trois ans, mon équipe et moi avons commencé à réfléchir à la manière d'utiliser la nanotechnologie pour créer des dispositifs de diagnostic qui, comme les détectives à la recherche d'indices, pourraient inspecter les fluides corporels à la recherche de biomarqueurs nanoscopiques liés à la maladie aux tout premiers stades. De tels dispositifs pourraient grandement améliorer les perspectives des patients, apportant une contribution majeure aux soins de santé dans des domaines tels que le cancer, les maladies infectieuses et les troubles neurodégénératifs.

Après trois ans, nous sommes sur le point de concrétiser cette vision avec le dispositif de déplacement latéral déterministe à l'échelle nanométrique, ou nanoDLD, sur lequel nous travaillons au sein du groupe IBM Nanobiotechnology. Notre objectif est que, au cours des cinq prochaines années, nous puissions combiner cette nanotechnologie et d'autres avec l'intelligence artificielle pour surmonter les défis actuels et détecter des maladies comme le cancer le plus tôt possible.

Quelle est notre prédiction ?

Dans cinq ans, les progrès des techniques de nanobiotechnologie nous permettront d'examiner et de filtrer les fluides corporels à la recherche de minuscules bioparticules qui révèlent des signes de maladie comme le cancer avant que nous ayons des symptômes, nous permettant de savoir immédiatement si nous devons consulter un médecin.

Pourquoi cela va-t-il changer le monde ?

Traiter une maladie comme le cancer coûte cher. Selon l'American Society of Clinical Oncology, le médicament contre le cancer le plus récemment approuvé peut coûter 10 000 $ par mois, en moyenne; certaines thérapies peuvent coûter 30 000 $ par mois ou plus. Lorsque votre médecin peut diagnostiquer un cancer à ses débuts, vos risques de faillite – et de décès – diminuent considérablement. En facilitant la détection du cancer à un stade précoce presque aussi facilement qu'un test de grossesse à domicile, nous allons changer l'économie du cancer et réduire considérablement son impact physique et émotionnel sur les générations futures.

Dans le même temps, la vision d'une médecine à la fois préventive et personnalisée ne peut se réaliser que lorsque la technologie permet aux individus d'avoir un aperçu périodique des marqueurs physiologiques, psychologiques, moléculaires et cellulaires de leur santé. Notre technologie permettra un suivi transparent de la santé moléculaire et cellulaire d'un individu.

Quelle est la technologie sous-jacente ?

Plusieurs entreprises envisagent l'utilisation de bioparticules telles que les exosomes pour diagnostiquer une maladie à un stade précoce, bien qu'IBM soit la première à atteindre l'échelle nécessaire et à effectuer la séparation et la détection des exosomes sur une puce. Notre approche utilise le nanoDLD pour traiter un échantillon liquide à travers une puce de silicium avec un réseau de piliers asymétrique spécial conçu par IBM. La matrice est la clé - elle permet au système de trier et de séparer les particules dans l'échantillon. Les particules plus petites se déplacent en zigzag dans la direction du fluide, tandis que les particules plus grosses traversent le réseau le long de la direction de l'asymétrie des piliers. Les grosses particules se comportent comme des conducteurs de camions forcés de dévier dans la voie réservée aux camions sur une autoroute, tandis que les petites particules se comportent comme des voitures plus petites circulant tout droit sans déviation. De la même manière, nos réseaux de piliers permettent de séparer et d'isoler des matériaux de différentes tailles pour la détection ou l'analyse. Si vous connaissez le jeu Plinko de Price is Right ou la version japonaise de Pachinko, ça ressemble à ça.

L'information extraite de ces puces est un signal qui peut indiquer si une maladie est présente ou non. Cela peut être combiné avec des données provenant d'appareils compatibles IoT, comme des moniteurs de sommeil et des montres intelligentes, et traité par des systèmes cognitifs pour nous donner une vue complète de notre santé.

Documents et brevets connexes

Articles
Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert L. Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky et Yann Astier, « Nanoscale lateral déplacement arrays for the separation des exosomes et des colloïdes jusqu'à 20  nm. Nanotechnologie naturelle.

Brevets
Brevet américain n° 9 012,329 – « Nanogap entre les métaux nobles »

Lisez toutes les prévisions technologiques d'IBM pour 2016 à IBM 5 en 5.

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