ELISA plasmonique activée par smartphone pour une détection ultra-sensible de la myoglobine au point de soin

Résumé

La myoglobine sérique augmente dans les 1–2 h après un infarctus aigu du myocarde (IAM), en faisant un biomarqueur précoce critique. Nous présentons un immunoessai plasmonique qui exploite les changements de résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) médiés par enzyme de nanobâtons d'or (AuNRs) pour quantifier la myoglobine avec une gamme linéaire de 0,1–1000 ng mL⁻¹ et une limite de détection (LOD) de 0,057 ng mL⁻¹. Un lecteur novateur, construit à partir du capteur de lumière ambiante (ALS) d'un smartphone et d'un accessoire imprimé en 3D, traduit les décalages LSPR en une lecture simple, peu coûteuse (~2 $) adaptée aux contextes à ressources limitées. Les concentrations de myoglobine mesurées par cette méthode ont fortement corrélé avec les résultats ELISA conventionnels, soulignant sa pertinence clinique pour le triage rapide de l'IAM.

Introduction

L'IAM reste une cause majeure de mortalité mondiale, avec 1,5 million de cas aux US et 500 000 cas en Chine annuellement. La détection précoce repose sur des biomarqueurs qui augmentent rapidement ; la myoglobine sérique culmine 6–9 h post-infarction et est détectable dès 1–2 h [3–5]. L'ELISA conventionnel, bien que fiable, nécessite une infrastructure de laboratoire et du personnel qualifié, limitant son utilité dans les scénarios de point de soin (POC).

Les immunoessais plasmoniques combinent la spécificité de l'ELISA avec l'amplification optique des nanostructures métalliques, permettant une lecture à l'œil nu et une haute sensibilité. Les nanobâtons d'or, avec leur LSPR ajustable, sont particulièrement attractifs pour la transduction de signal en biosensing. Cependant, l'interprétation quantitative exige traditionnellement des spectromètres ou des lecteurs de microplaques, limitant le déploiement sur le terrain. Ici, nous développons un ELISA plasmonique à base d'AuNR pour la myoglobine, associé à un lecteur piloté par smartphone qui exploite l'ALS du téléphone pour capturer l'intensité de la lumière transmise, offrant un outil diagnostique portable et peu coûteux.

Matériaux et Méthodes

Matériaux

Myoglobine humaine (Abcam, UK), anticorps monoclonaux anti-myoglobine (mAb1, mAb2, production interne), nanobâtons d'or (AuNRs), glucose oxydase (GOx), peroxydase de raifort (HRP), et autres réactifs provenaient de fournisseurs standards. Des échantillons de sérum ont été collectés à l'Hôpital Chinois d'Outre-mer de Guangzhou.

Appareillage

Les spectres LSPR ont été enregistrés avec un lecteur de microplaques Synergy H1 ; l'absorbance ELISA a été mesurée à 450 nm sur un lecteur MK3. Les AuNRs ont été caractérisés par un MET PHILIPS TECNAI-10. Le lecteur smartphone a été assemblé sur un châssis imprimé en 3D (partie 1 : 100 × 40 × 40 mm, partie 2 : 76 × 13 × 12 mm) et alimenté par deux piles 1,5 V. Une LED 850 nm alignée avec l'ALS a permis la mesure de lumière transmise via l'application Light Meter (Android ; compatible iOS).

Synthèse des AuNRs

La croissance médiée par graines a produit des AuNRs avec un rapport d'aspect ajusté par les concentrations d'AgNO₃ et de CTAB. Les bâtons finaux ont été incubés 12 h sous agitation avant utilisation.

Protocole d'Immunoessai Plasmonique

Des plaques à 96 puits ont été enrobées overnight avec mAb1, bloquées avec BSA, et stockées à –20 °C. Le mAb2 marqué GOx (GOx-Ab2) a été ajouté aux puits contenant des concentrations variables de myoglobine, suivi de glucose et d'AuNRs en présence de HRP et CTAB. L'attaque des AuNRs par H₂O₂ a généré un décalage vers le bleu du pic LSPR et une absorbance réduite à 850 nm, proportionnelle à la quantité de myoglobine. L'intensité de lumière transmise a été enregistrée par le lecteur smartphone, générant une courbe d'étalonnage. Les échantillons de sérum ont été dilués dix fois et traités identiquement.

Analyse des Données

La régression linéaire a été effectuée en utilisant Origin 9.0 ; tous les essais ont été tripliqués pour assurer la reproductibilité.

Résultats et Discussion

Principe de l'Essai

Le GOx sur mAb2 convertit le glucose en acide gluconique et H₂O₂. Le H₂O₂, en présence de HRP et Br⁻, attaque les AuNRs, décalant le pic LSPR vers des longueurs d'onde plus courtes et abaissant l'absorbance à 850 nm. L'étendue du décalage ou de la perte d'intensité reflète directement la concentration de myoglobine.

Optimisation

Les concentrations optimales de HRP (1,5 µM) et CTAB (6,25 µM) ont maximisé le décalage LSPR. Un temps d'attaque de 30 min avec 100 µM H₂O₂ a produit des signaux stables. Des niveaux plus élevés de H₂O₂ ont induit un décalage bleu prononcé et un changement morphologique de bâtons rectangulaires à elliptiques, confirmant le mécanisme d'attaque.

Performance du Lecteur Smartphone

Le lecteur basé sur ALS a mesuré l'intensité de lumière transmise à 850 nm avec <1 % de variance par rapport à un lecteur de microplaques commercial, atteignant une corrélation de 99,1 % (R² = 0,991). L'accessoire complet coûte environ 2 $.

Sensibilité Analytique

En utilisant le décalage LSPR, l'essai a quantifié la myoglobine de 0,1 à 1000 ng mL⁻¹ avec une LOD de 57,8 pg mL⁻¹. Lorsque lu par le smartphone, la gamme linéaire restait identique, avec une LOD de 64,1 pg mL⁻¹. Les mesures de sérum clinique ont montré un fort accord avec l'ELISA (R² = 0,98), validant le potentiel diagnostique de la méthode.

Comparaison avec l'ELISA

L'ELISA traditionnel a donné une gamme linéaire de 25–1000 ng mL⁻¹ et une LOD de 22,7 ng mL⁻¹. L'essai plasmonique offre donc une LOD ~400 fois plus basse et une gamme dynamique plus large, le rendant supérieur pour la détection précoce de l'IAM.

Conclusions

Nous avons démontré un ELISA plasmonique à nanobâtons d'or qui détecte la myoglobine sérique avec une sensibilité sans précédent (LOD = 0,057 ng mL⁻¹) et un lecteur smartphone simple. La plateforme contourne l'instrumentation complexe, offrant une solution viable, peu coûteuse pour le diagnostic POC de l'IAM dans les environnements à ressources contraintes.

Abréviations

• Ab1 : Anticorps anti-myoglobine
• Ab2 : Anticorps anti-myoglobine 2
• ALS : Capteur de lumière ambiante
• AMI : Infarctus aigu du myocarde
• AuNRs : Nanobâtons d'or
• ELISA : Immunoessai enzymatique lié
• GOx : Glucose oxydase
• HRP : Peroxydase de raifort
• H₂O₂ : Peroxyde d'hydrogène
• LSPR : Résonance plasmonique de surface localisée
• Myo : Myoglobine sérique
• POCT : Test au point de soin