Des chercheurs de l’Université d’État du Michigan et de l’Université de la Colombie-Britannique ont inventé un système capable de détecter rapidement et à moindre coût les virus en suspension dans l’air en utilisant la même technologie qui permet les trains à grande vitesse.
L’équipe a montré qu’une technique connue sous le nom de lévitation magnétique peut être utilisée pour collecter et concentrer facilement les virus de l’air afin d’aider à prévenir de futures épidémies de maladies respiratoires. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue ACS Nano.
« Il est très important de disposer d’une gestion en temps réel et de prévisions en temps réel pour les virus », a déclaré Morteza Mahmoudi, professeur agrégé au Département de radiologie et au Programme de santé de précision de MSU. « Ce que nous avons développé est un système qui pourrait nous aider, ainsi que d’autres parties prenantes, à obtenir plus d’informations sur les différents types de virus dans l’air que nous respirons. »
« Cela pourrait aider à identifier qu’un environnement est contaminé avant qu’une pandémie ne se produise », a déclaré Sepideh Pakpour, professeur adjoint d’ingénierie qui a dirigé l’équipe de recherche du campus UBC Okanagan.
En plus de servir de système d’alerte précoce, la nouvelle technique de l’équipe pourrait également aider les responsables de la santé et les épidémiologistes à mieux suivre et tracer l’exposition aux virus dans les lieux publics.
Pakpour et Mahmoudi ont lancé ce projet en appliquant la lévitation magnétique, ou maglev, aux virus respiratoires en 2018 avec le soutien de la Walsh Foundation et du New Frontiers in Research Fund. Près de la moitié des infections des voies respiratoires inférieures sont causées par des virus que les gens respirent à l’intérieur, ont écrit les chercheurs dans leur rapport.
Mais lorsque la pandémie de coronavirus a commencé et qu’ils ont appris qu’elle était causée par un virus aéroporté, ils savaient qu’ils devaient redoubler d’efforts. L’équipe a utilisé une version désactivée du coronavirus responsable du COVID-19 dans son rapport de preuve de concept, ainsi que la grippe H1N1 et un virus qui infecte une bactérie connue sous le nom de bactériophage MS2.
Le système collecte d’abord des échantillons d’air, puis injecte l’échantillon dans un fluide où le maglev sépare les virus des autres particules. Le contenu viral isolé et purifié est ensuite transmis à d’autres techniques d’analyse standard pour identification en quelques minutes. L’approche est si simple qu’elle pourrait être utilisée par des non-experts dans divers contextes, tels que les cliniques et les aéroports, ont déclaré les chercheurs.
L’équipe fait les premiers pas vers la commercialisation de sa technologie tout en travaillant à son amélioration.
Bien que les techniques en aval puissent identifier quels virus se trouvent dans un échantillon, l’un des objectifs futurs de l’équipe est d’affiner l’étape maglev pour distinguer les différents virus par elle-même. Les chercheurs travaillent également à accroître la sensibilité de leur technique et à détecter les virus dans l’air à des concentrations plus faibles.
Pourtant, l’équipe est enthousiasmée par ce qu’elle a pu accomplir dans ses travaux initiaux et par ce qu’elle pourrait permettre à d’autres chercheurs de faire.
« L’utilisation du maglev pour la détection des maladies et la purification des virus est toute nouvelle, et cela pourrait ouvrir des applications dans de nombreux domaines différents », a déclaré Mahmoudi. « Cela ouvre une direction fondamentalement nouvelle dans la biochimie analytique. »
Un vol d’essai réussi pour la lévitation de virus
La lévitation magnétique, comme son nom l’indique, utilise des aimants pour contrer l’attraction de la gravité vers le bas. Les trains Maglev flottent au-dessus de leurs voies et, sans être gênés par ce frottement de contact, peuvent atteindre des vitesses supérieures à 200 miles par heure. Alors que les trains maglev existent depuis des décennies, l’utilisation de la lévitation magnétique en biologie est plus récente.
Par exemple, ce n’est qu’au cours de la dernière décennie que les chercheurs de Stanford ont montré que les cellules vivantes pouvaient être mises en lévitation magnétique dans des mélanges ou des solutions liquides. Ils ont ensuite utilisé la technique pour montrer que divers types de cellules – levures, bactéries, cellules humaines saines et cellules cancéreuses – pouvaient être séparés par leur densité.
Plus récemment, Pakpour et Mahmoudi ont collaboré pour montrer que le maglev peut être appliqué aux protéines du plasma sanguin pour rechercher des indicateurs de consommation d’opioïdes et de sclérose en plaques. Cela les a convaincus que maglev devrait également fonctionner avec des virus.
« Si vous regardez la structure des virus, ce sont principalement des protéines, et nous savions que nous pouvions faire léviter des protéines », a déclaré Pakpour. « Donc, je savais que cela devrait fonctionner, mais j’ai quand même été surpris quand cela a fonctionné. »
« C’était très difficile, surtout au début », a déclaré Mahmoudi. « Le maglev conventionnel n’est pas capable de collecter des virus submicroniques, mais nous avons apporté plusieurs modifications et avons pu affiner le système. »
L’un des défis, par exemple, était que les liquides utilisés dans le maglev conventionnel pouvaient endommager ou détruire les virus. L’équipe a dû trouver de nouvelles solutions qui avaient des propriétés magnétiques souhaitables et qui étaient compatibles avec leurs cibles.
Plus d’information:
Sepideh Pakpour et al, Le système de lévitation magnétique isole et purifie les virus en suspension dans l’air, ACS Nano (2023). DOI : 10.1021/acsnano.3c01677