La théophylline ou THO est un composé organique naturel dont la structure moléculaire est très similaire à celle de la caféine présente dans le café et le cacao. Au fil des ans, en raison de ses propriétés thérapeutiques, la THO est devenue l’un des dérivés du groupe xanthine les plus étudiés. La THO est utilisée pour dilater les voies respiratoires chez les personnes ayant des difficultés à respirer et comme relaxant musculaire, anti-asthmatique et diurétique (médicaments utilisés pour augmenter la production d’urine et réduire la tension artérielle). Il est également connu pour ses propriétés anti-inflammatoires et anti-tumorales, et peut également réguler nos réponses immunitaires.
Bien que la THO soit bénéfique dans le traitement d’un certain nombre de conditions, le médicament a une fenêtre thérapeutique très étroite. Cela signifie qu’il peut créer des effets indésirables s’il est administré au-delà d’une certaine limite (et cette limite peut être assez facilement atteinte). Un surdosage accidentel ou délibéré peut être hautement toxique et entraîner des problèmes tels que des convulsions, des battements cardiaques rapides, une excitation du système nerveux ou même la mort. Cela rend la surveillance étroite des niveaux de THO pendant le traitement extrêmement cruciale.
Dans un article récent, publié dans le volume 27, numéro 8 de Molécules, mis en ligne le 11 avril 2022 – une équipe de chercheurs du Shibaura Institute of Technology (SIT) au Japon décrit comment ils ont développé un capteur électrochimique rapide et peu coûteux pour la détection de THO. Élaborant sur leur motivation pour l’étude, le professeur Yasuo Yoshimi (qui est l’auteur correspondant de l’article) déclare : « La surveillance conventionnelle des médicaments repose sur des laboratoires extérieurs à l’hôpital pour analyser les niveaux moléculaires des médicaments dans le sang. Notre outil de détection sans réactif peut facilement détecte la THO directement à partir du sang total en moins de 3 secondes, tout comme un capteur de glucose. » Cet article fait partie du numéro spécial de la revue intitulé « Molecularly Imprinted Polymers: Impactful Technology vs. Academic Exercise ».
Le suivi thérapeutique médicamenteux est essentiel pour optimiser les effets des traitements tels que la chimiothérapie, qui nécessitent un contrôle strict de la concentration du médicament dans le sang du patient afin de prévenir des effets secondaires graves. Cependant, la plupart des techniques de surveillance prennent souvent du temps et exigent des procédures complexes qui ne peuvent être effectuées que par un expert. Il en va de même pour les méthodes de détection THO.
Pour atténuer ces problèmes, les chercheurs ont développé au fil des ans des méthodes électrochimiques peu coûteuses, simples, très sensibles et rapides. L’un d’entre eux, une classe d’outils électrochimiques qui a récemment pris de l’ampleur, est celui des polymères à empreinte moléculaire (MIP). Ces outils ont des cavités moléculaires sur mesure qui peuvent reconnaître et se lier à des molécules cibles spécifiques, tout comme les récepteurs de notre propre corps le feraient. Leur capacité à le faire est largement utilisée dans plusieurs applications, y compris la détection de drogue.
Dans cette étude, l’équipe de scientifiques a développé un capteur THO jetable à base de papier composé d’une électrode en graphite à empreinte moléculaire. Étant donné que les MIP sont conçus en utilisant la molécule cible comme modèle, l’équipe a utilisé THO comme modèle lors du développement de la pâte d’électrode à base de carbone du capteur. La pâte synthétisée a ensuite été chargée sur une puce de capteur imprimée et ses capacités de détection THO ont été testées.
Le capteur s’est avéré très sensible (ce qui signifie qu’il pouvait détecter même de petites quantités de THO) et a montré une grande sélectivité envers le médicament. En fait, le capteur pourrait identifier la THO même dans des échantillons avec des concentrations de THO aussi faibles que 2,5 µg/mL ( µg=microgramme, c’est-à-dire 1/1000 de milligramme). Et en plus, ce capteur n’a besoin que de 3 secondes pour détecter le THO ! Il pourrait le faire même dans le sang bovin entier.
Ce capteur portable, peu coûteux, fiable et rapide a une stabilité à long terme et peut être utilisé pour la détection en temps réel de médicaments comme le THO sans que nous dépendions d’un équipement sophistiqué. En outre, la stratégie de fabrication fournie dans cette étude peut être utilisée pour développer des capteurs électrochimiques efficaces pour diverses autres interventions cliniques. Le professeur assistant Aaryashree (qui est le premier auteur de l’article) conclut : « Les méthodes existantes pour l’analyse des médicaments dans le sang sont coûteuses et nécessitent un équipement spécialisé. Cela peut être un problème pour les pays en développement confrontés à un manque de ressources et de techniciens. Le capteur à base de papier que nous avons développé est non seulement facile à utiliser mais aussi économique et peut réduire le fardeau de l’analyse des médicaments dans les pays en développement. De plus, son prototype peut être utilisé pour développer un système de suivi thérapeutique des médicaments au chevet du patient, qui alertera nous de tout surdosage, en évitant les effets secondaires chez les patients prenant ces médicaments. »
Aaryashree et al, Une puce de capteur jetable utilisant une électrode en pâte avec des particules de graphite imprimées en surface pour une surveillance rapide et sans réactif de la théophylline, Molécules (2022). DOI : 10.3390/molecules27082456
Fourni par l’Institut de technologie de Shibaura