Colorimetric/chemiluminescent vertical flow immunoassay based on multifunctional cobalt–gold bimetallic nanoclusters for Brucella antibody detection and deep learning- assisted semiquantitative analysis
Cette étude présente un immunoessai à flux vertical colorimétrique/chimioluminescent utilisant des nanoclusters bimétalliques cobalt-or protégés par le glutathion comme sondes catalytiques multifonctionnelles pour la détection sensible des anticorps de Brucella, laquelle est ensuite améliorée par une analyse semi-quantitative basée sur l'apprentissage profond afin d'atteindre une grande précision et une interprétation standardisée dans les échantillons cliniques.
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La détection des maladies repose souvent sur la recherche de traces infimes des propres protéines de défense du corps, appelées anticorps, qui apparaissent lorsque le système immunitaire combat une infection. Pour une maladie bactérienne grave appelée brucellose, qui se transmet des animaux aux humains et provoque de la fièvre et des douleurs articulaires, la détection rapide de ces anticorps est vitale. Les méthodes traditionnelles peuvent prendre des jours ou nécessiter des équipements de laboratoire complexes qui ne sont pas disponibles dans les zones reculées. Les scientifiques cherchent depuis longtemps un moyen de rendre ces tests aussi simples qu'un test de grossesse, mais aussi sensibles qu'une machine de laboratoire de haute technologie. Le défi réside dans la détection de signaux très faibles lorsque l'infection ne fait que commencer ou lorsque la quantité d'anticorps est faible, car le bruit de fond de la bandelette de test peut facilement masquer la réponse.
Une équipe de chercheurs a développé un nouveau type de test rapide qui résout ce problème en combinant un matériau spécial avec un programme informatique intelligent. Ils ont créé un test à flux vertical, où le liquide se déplace verticalement à travers une bande de papier plutôt que latéralement, permettant un meilleur contrôle de la réaction. Au cœur de ce système se trouvent de minuscules amas d'atomes métalliques ultra-petits, composés d'or et de cobalt, enveloppés dans une coquille protectrice. Ces amas servent d'outil à double usage : ils se fixent aux anticorps spécifiques que le test recherche, et ils agissent également comme un catalyseur chimique capable de déclencher deux types différents de signaux lumineux. L'un est une couleur bleue visible qui apparaît lorsqu'un produit chimique est ajouté, tandis que l'autre est une lueur faible et incandescente qui ne nécessite aucune lampe externe pour être vue.
Les chercheurs ont découvert que ce matériau à base d'amas métalliques est remarquablement efficace pour amplifier les signaux faibles. Lorsque la bandelette de test capture les anticorps, les amas métalliques s'accumulent à un endroit spécifique. Si la quantité d'anticorps est très faible, les amas sont peu nombreux, et la couleur résultante peut être trop pâle pour être vue à l'œil nu. Cependant, lorsqu'une solution chimique est ajoutée, les amas métalliques accélèrent une réaction qui transforme un liquide clair en bleu. Ce processus rend le signal faible beaucoup plus fort et plus facile à repérer. Encore plus utile est le second signal, une lueur chimique qui se produit lorsque les amas métalliques réagissent avec un autre produit chimique. Cette lueur est très constante et dure longtemps, offrant une image claire sur un fond sombre. Comme la lueur ne dépend pas d'une lumière externe, elle révèle des détails que la couleur bleue pourrait manquer, particulièrement lorsque le résultat du test est limite.
Pour s'assurer que les personnes lisant le test n'aient pas à deviner si un point pâle est positif ou négatif, l'équipe a entraîné un programme informatique pour analyser les images. Ils ont appris à un type d'intelligence artificielle à observer la bandelette et à mesurer la taille et la luminosité des taches colorées avec une précision extrême. Au lieu qu'un œil humain tente de décider si un point est assez grand, l'ordinateur calcule le ratio exact entre le point de test et le point de contrôle. Cette méthode élimine l'erreur humaine et permet au test d'être classé en quatre niveaux d'intensité, du négatif au positif fort. L'ordinateur a été capable de correspondre aux résultats du test de référence en laboratoire dans presque tous les cas, identifiant les échantillons positifs avec une grande précision.
Lors d'un petit essai utilisant de vrais échantillons de sang provenant de patients, le nouveau test a obtenu des résultats exceptionnels. La version utilisant la couleur bleue a correctement identifié 95 pour cent des échantillons infectés, tandis que la version à lueur lumineuse a identifié 95 pour cent des échantillons infectés et 100 pour cent des échantillons sains. Cela signifie que la méthode de la lueur n'a produit aucune fausse alerte dans ce groupe. Le test s'est également avéré stable, conservant son efficacité pendant au moins un mois lorsqu'il est conservé au réfrigérateur. Les chercheurs soulignent que, bien que les résultats soient prometteurs, l'étude a été menée avec un nombre limité d'échantillons, et que des tests plus larges sont nécessaires pour confirmer ces conclusions sur différentes populations.
Ce travail démontre qu'il est possible de construire un dispositif unique et simple qui offre plusieurs façons de lire un résultat, d'un contrôle visuel rapide à une mesure de luminescence hautement sensible. En associant ces signaux physiques à une analyse informatique intelligente, les chercheurs ont créé un outil qui pourrait apporter une détection de maladies de haute qualité dans des endroits dépourvus de laboratoires avancés. L'approche montre que la combinaison de matériaux avancés et d'intelligence numérique peut rendre les tests médicaux plus fiables, surtout lorsque les signes de la maladie sont faibles et difficiles à voir.
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