Le développement d'une plateforme microfluidique miniaturisée prête à l'emploi s'accélère, promettant de révolutionner le processus de préparation des nouveaux traceurs pour la tomographie par émission de positons

L'équipe de recherche de la Keck School of Medicine of USC développe une plateforme microfluidique miniaturisée « prête à l'emploi » (Plug-and-play), visant à accélérer considérablement la synthèse et le cycle de développement de nouveaux radiotraceurs (Radiotracers) pour la tomographie par émission de positons (Positron Emission Tomography, PET). Le projet a obtenu un financement de recherche dédié de quatre ans d'un montant total de 2,6 millions de dollars du National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB), rattaché aux National Institutes of Health (NIH) des États-Unis.

Sous la direction du Dr Kai Chen, professeur de recherche en radiologie, oncologie radiothérapique et sciences pharmaceutiques à l'USC, l'équipe s'efforce de construire un système de synthèse universel capable de coupler précisément des blocs de construction radiomoléculaires génériques à diverses molécules de ciblage biologique, afin de générer rapidement de nouvelles sondes d'imagerie moléculaire. Bien que le milieu biomédical ne cesse de découvrir des biomarqueurs (Biomarkers) potentiels de maladies, leur conversion rapide en traceurs cliniques PET se heurte à des obstacles techniques considérables : le processus traditionnel de radiomarquage des biomolécules est complexe et dépend depuis longtemps de manière critique d'équipements de blindage spécialisés volumineux et coûteux ainsi que d'environnements de laboratoire spécialisés.

Pour résoudre ce goulot d'étranglement du secteur, l'équipe de l'USC, en collaboration avec des chercheurs de l'UCLA, a intégré de manière hautement synergique deux technologies de synthèse chimique de pointe — la chimie click (Click chemistry) et la radiochimie en gouttelettes (Droplet radiochemistry) — dans un dispositif microfluidique miniaturisé de la taille d'un ongle. La chimie click permet un couplage ultrarapide entre molécules fonctionnelles, tandis que la radiochimie en microgouttelettes permet d'accomplir efficacement des réactions radioactives dans des volumes ultramicroscopiques de l'ordre du nanolitre ou du microlitre, s'affranchissant ainsi largement de la dépendance aux traditionnelles cellules chaudes automatisées lourdes et aux grands instruments.

À ce jour, l'équipe de développement a mené des études de preuve de concept autour de plusieurs traceurs ciblant les tumeurs, notamment des sondes ciblant la protéine d'activation des fibroblastes (Fibroblast Activation Protein, FAP) fortement exprimée dans divers types de tumeurs malignes, ainsi que des sondes moléculaires spécifiques pour le cancer du foie et le cancer de la prostate. Les expériences préliminaires ont confirmé que la chimie click permet de préparer rapidement à l'échelle microscopique des sondes radioactives ciblant divers marqueurs tumoraux. Le nouveau financement de recherche obtenu servira à élargir davantage la gamme de cibles biologiques et à perfectionner la plateforme matérielle d'ingénierie.

Cette plateforme sur puce devrait à l'avenir favoriser l'automatisation complète du développement des radiotraceurs, en réduisant de manière exponentielle les investissements matériels et la consommation de réactifs nécessaires au criblage de nouveaux médicaments et à la préparation de sondes. Outre le diagnostic et le traitement de précision des tumeurs malignes, cette approche technologique peut également être transférée de manière flexible à la synthèse de traceurs pour des cibles moléculaires telles que les maladies neurodégénératives et les pathologies cardiovasculaires. L'équipe de recherche prévoit d'optimiser systématiquement la structure de la puce microfluidique dans les deux prochaines années et d'achever le chargement et la validation in vivo d'une bibliothèque de sondes moléculaires à plus grande échelle.