Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Jasmina Vidic : Ingénieur de recherche INRA - Virologie et Immunologie Moléculaires, UR892, INRA Jouy-en-Josas, France
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Édith Pajot-Augy : Directrice de recherche INRA - NeuroBiologie de l'Olfaction, UR1197, INRA Jouy-en-Josas, France
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Le diagnostic et le suivi de pathologies, dont les cancers et les pathologies infectieuses, représentent des enjeux majeurs dans le domaine de la santé. De nouveaux nanobiocapteurs, dont les éléments sensibles sont des récepteurs olfactifs, donnent la possibilité de développer des dispositifs de détection performants, bon marché, permettant une mesure quantitative et directe, sans marqueur. Cet article présente le principe de conception et les applications biomédicales des nez bio- électroniques. L'élaboration de ces biocapteurs est détaillée en décrivant la production des récepteurs olfactifs, les méthodes de leur immobilisation et de la détection des odeurs, ainsi que les apports de la miniaturisation. Enfin, des exemples de réalisations récentes sont fournis.
nanomédecine, nanobiocapteurs, récepteurs olfactifs, détection d'odorants, nanobiotechnologies, nez bioélectroniques
Diagnosis and monitoring of pathologies, including cancers and infectious diseases, represent major challenges in the field of healthcare. New nanobiosensors carring olfactory receptors as sensitive elements provide effective and cheap detection devices allowing a quantitative and direct measurement without any labeling. This article presents the design principle and the biomedical applications of bioelectronic noses. The elaboration of these biosensors is detailed by describing the production of olfactory receptors, the methods for immobilization and for odor detection, as well as the contributions of miniaturization. Finally, examples of recent implementations are provided.
nanomedicine, nanobiosensors, olfactory receptors, odorant detection, nanobiotechnologies, bioelectronic noses
Domaine : Nanobiotechnologies pour la santé
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : biologie moléculaire et cellulaire, nanomatériaux, fonctionnalisation de surfaces, électrochimie, résonance plasmonique de surface, nanoélectronique
Domaines d'application : diagnostic et suivi médical
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : –
Centres de compétence : INRA Jouy-en-Josas (NeuroBiologie de l'Olfaction), Université Lyon 1 (Institut des sciences analytiques)
Industriels : –
Autres acteurs dans le monde : Université de Barcelone (UB), Espagne ; Politechnico Milano, Italie ; Universita di Salento, Italie ; Université Nationale de Seoul (SNU), Corée du Sud.
Contact : [email protected], [email protected] http://www6.jouy.inra.fr/nbo
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DOI (Digital Object Identifier)
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Exemples de développement de nez bioélectroniques
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4. Construction de biocapteurs à base de récepteurs olfactifs
Le nombre croissant de réalisations de biocapteurs de taille nanométrique pour la détection des maladies est le fruit de l'augmentation importante du nombre de publications scientifiques concernant les nanobiotechnologies et la nanomédecine. La diminution de taille de ces capteurs fait que la sensibilité et la stabilité des dispositifs s'améliorent, et permet leur utilisation en temps réel et/ou in situ dans un milieu complexe. Les performances analytiques des biocapteurs sont augmentées par l'association de nouveaux nanomatériaux à la microfluidique, pour la construction de dispositifs médicaux miniaturisés, visant des applications au diagnostic précis et au dépistage précoce, à l'identification de biomarqueurs associés à différentes étapes ou stades de la maladie et à la caractérisation de nouvelles cibles thérapeutiques.
Une étape clé de l'élaboration d'un biocapteur est l'immobilisation des éléments sensibles du capteur sur un support solide. Étant des récepteurs transmembranaires, les récepteurs olfactifs ne conservent leur activité fonctionnelle que s'ils sont maintenus dans un environnement hydrophobe comme la bicouche lipidique. Idéalement, le procédé d'immobilisation doit conduire à lier fortement ces éléments sur la surface, à optimiser la densité du dépôt, à orienter uniformément et convenablement les récepteurs de façon à garantir leur accessibilité pour les ligands, et enfin il doit minimiser les interactions non spécifiques des espèces odorantes avec les sous-couches de fonctionnalisation du support. Pour ces raisons, il est nécessaire de trouver le moyen d'immobiliser plus efficacement ces récepteurs et/ou d'augmenter leur concentration dans les biocapteurs.
4.1 Différents nano-supports pour immobiliser les récepteurs olfactifs
Les nanotechnologies offrent plusieurs solutions car certains nouveaux nanomatériaux sont biocompatibles et leur structure améliore significativement l'immobilisation des récepteurs et l'amplification des signaux générés lors de la détection de ligands spécifiques. L'échelle nanométrique peut conférer aux matériaux des propriétés nouvelles par rapport aux mêmes matériaux de plus grande taille. Les processus physico- chimiques qui deviennent plus performants à l'échelle nanométrique concernent la plasticité, la conductivité optique et thermique, l'activité et réactivité...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BUCK (L.), AXEL (R.) - A novel multigene family may encode odorant receptors : a molecular basis for odor recognition. - Cell, 65, p. 175-187 (1991).
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(2) - CLARK (L.C.), LYONS (J.C.) - Electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery. - Ann. N. Y. Acad. Sci., 102, p. 29-45 (1962).
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(3) - PAJOT-AUGY (E.) - Diagnostic olfactif. - In odorat et goût : de la neurobiologie des sens chimiques aux applications agronomiques, industrielles et médicales. SALESSE (R.) et GERVAIS (R.), Éds., Quæ, chap. 31, p. 401-411 (2011).
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(4) - SHIRASU (M.), TOUHARA (K.) - The scent of disease : volatile organic compounds of the human body related to disease and disorder. - J. Biochem., 150(3), p. 257-266 (2011).
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(5) - SCOTT-THOMAS (A.), SYHRE (M.), EPTON (M.), MURDOCH (D.R.), CHAMBERS (S.T.) - Assessment of potential causes of falsely positive mycobacterium tuberculosis breath test. - Tuberculosis (Edinb.), 93(3), p. 312-317 (2013).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Bioelectronic Olfactory Neuron Device http://www.bondproject.org
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Institute for Bioengineering of Catalonia http://www.ibecbarcelona.eu
Institut des Sciences Analytiques, Université Claude Bernard, Lyon 1 http://isa-lyon.fr
Politechnico di Milano http://www.deib.polimi.it
Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione https://www.dii.unisalento.it/
Dept of Chemical and Biological Engineering, Seoul National University (SNU) https://eng.snu.ac.kr/node/9290
Unité NeuroBiologie de l'Olfaction (INRA) http://www6.jouy.inra.fr/nbo
Unité Virologie et Immunologie Moléculaires (INRA) http://www6.jouy.inra.fr/vim
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