Un biocapteur pour aider les patients souffrant de polyarthrite

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L'équipe EPFSens © Alain Herzog/ 2019 EPFL

L'équipe EPFSens © Alain Herzog/ 2019 EPFL

Onze étudiantes et étudiants de l’EPFL participeront ce vendredi 30 août à la compétition SensUs, à Eindhoven. Le défi 2019 était d’élaborer un biocapteur capable de mesurer rapidement la concentration d’adalimumab. Le composant de l’un des médicaments les plus vendus au monde, mais pouvant induire des effets néfastes pour le patient.

L’adalimumab. Cet anticorps au nom imprononçable est au coeur de la compétition étudiante SensUs qui se déroulera pour la 4e fois à l’Université technique d’Eindhoven aux Pays-Bas. L’EPFL y participe avec son équipe EPFSens. Comme les treize autres équipes issues du monde entier, EPFSens a dû élaborer un biocapteur portable permettant de mesurer rapidement la concentration d’adalimumab. Le but de la compétition étant d’encourager le développement de biocapteurs pour traquer des biomarqueurs ayant un impact sanitaire important.

Pour 2019, le panel d’experts a choisi l’adalimumab, le composant de l’Humira, un traitement utilisé notamment contre la polyarthrite rhumatoïde. Cette solution à injecter est l’un des médicaments les plus vendus au monde et figure en Suisse dans le top 3 de ceux coûtant le plus cher à l’assurance maladie (105,3 millions en 2017 selon SantéSuisse). Il permet de réduire l’état inflammatoire, en inhibant l’activité de la cytokine TNF-alpha.

Le problème - Cette molécule a un rôle important dans la défense immunitaire innée. Si la concentration d’adalimumab n’est pas adaptée, le patient peut donc subir des effets secondaires particulièrement néfastes. «C’est pourquoi les médecins mesurent régulièrement le taux d’adalimumab dans le plasma sanguin. Mais entre la mesure et l’adaptation du traitement, il peut y avoir jusqu’à un mois de latence, ce qui est problématique », explique Mark Conti, étudiant en Master management, technologie et entrepreneuriat qui fait partie d’EPFSens.

Optimiser le traitement

Pour l’élaboration de son biocapteur, EPFSens a retenu une technique optique basée sur la plasmonique *. Soit l’excitation des électrons libres dans un métal induite par la lumière. En clair ? «Nous mélangeons le plasma sanguin à un anticorps de détection auquel nous avons collé des billes d’or. Nous déposons ensuite ce mélange sur une lamelle recouverte d’une surface en or trouée et contenant un anticorps de capture, détaille Alexandre Däniker, le capitaine d’EPFSens. Les anticorps de capture et de détection s’attachent en ’sandwich’ à l’adalimumab. Les billes d’or vont alors perturber la résonance plasmonique, ce qui signifie que la lumière émise en face des particules d’or sera plus faible. L’étendue et la quantité de zones sombres dans l’échantillon indique donc le taux d’adalimumab.»

EPFsens estime à environ 7500 francs le prix de vente de son dispositif et à 50 francs la lamelle prête à utilisation. Equipé d’un ordinateur, le biocapteur pourrait fournir au médecin la concentration d’adalimumab en moins de dix minutes, ce qui lui permettrait d’adapter le traitement immédiatement. «Il n’y a pas de lien direct entre la concentration d’adalimumab et l’amélioration de la polyarthrite, et chaque patient répond différemment au traitement. Notre biocapteur permettrait d’optimiser rapidement ce dernier. Par la suite, l’idéal serait aussi que les patients puissent disposer de doses injectables réglables en fonction de leurs besoins», souligne Mark Conti qui détient un Master en biologie de l’Université de Genève.

Une équipe interdisciplinaire

Les onze étudiantes et étudiants d’EPFSens planchent depuis février sur la conception de leur biocapteur. Ils sont soutenus par Thamani Dahoun, collaboratrice scientifique au laboratoire de microsystèmes 4, dirigé par le professeur Philippe Renaud. «Je trouve l’équipe vraiment brillante, créative et très motivée, relève leur coach. Je suis chaque jour épatée par leurs compétences dans de nombreux domaines, en plus chaque membre apporte un élément essentiel au groupe, ce qui leur permet de relever ce défi dans les meilleures conditions et de progresser rapidement.»

Durant tout l’été, les étudiants ont investi les salles et laboratoires mis à disposition par les DLL pour leur projet, au bénéfice d’un soutien financier de la Vice-présidence pour l’éducation. «Leur projet est original, très bien construit et les performances de l’instrument sont bonnes, remarque Philippe Renaud, le professeur supervisant l’équipe. En tant qu’enseignant, c’est une énorme satisfaction de voir ces étudiants se réaliser dans cette aventure.»

Réunissant des étudiants issus de divers cursus, l’équipe a dû apprendre à maximiser les compétences de chacun, tout en essayant de répondre aux envies des uns et des autres. Pour ce faire, elle s’est organisée en plusieurs pôles, business, biologie, programmation et prototypage. Responsable de ce dernier Katia Schalk, qui effectue son Master en ingénierie des sciences du vivant, était par exemple désireuse d’explorer un nouveau domaine. «J’ai acquis beaucoup de nouvelles compétences. Elaborer un dispositif comme celui-ci à partir d’une feuille blanche mobilise de nombreuses connaissances. Et cela nous a appris à nous organiser, à travailler en équipe, à ne pas perdre patience, à relativiser. C’est une bonne expérience pour la suite.»

Pour le capitaine de l’équipe, ce type de projet permet d’acquérir très rapidement un grand nombre de connaissances. «Appliquer la théorie n’est pas toujours évident et il faut savoir se remettre en question, 90% du temps cela ne marche pas comme prévu. Mais au final, je n’ai jamais autant appris et c’est le projet dont je suis le plus fier», souligne l’étudiant en Master de microtechnique. Bien sûr, une victoire à Eindhoven, où l’équipe devra prouver l’efficacité de son dispositif et défendre son potentiel commercial, serait la cerise sur le gâteau. Mais comme le souligne le professeur Philippe Renaud, «quoi qu’il en soit, ces étudiants ont déjà gagné le défi sur eux-mêmes».

L’équipe EPFSens: Ben Hamouda Brahim, Bourban Émile, Conti Mark, Cucu Raluca-Maria, Däniker Alexandre, Frehner Lénaïc, Giezendanner Ludovic, Perier Marion, Sagnimorte Aude, Schalk Katia, Viatte Clara

Pour l’aide à la conception de son projet, l’équipe remercie tout particuliérement: Thamani Dahoun, Margaux Duchamp, Pr. Philippe Renaud, Alexander Belushkin, Pr. Hatice Altug, Vianney Rousset, les DLL, le SKIL, l’Atelier de l’Institut de génie mécanique

Références

*Les étudiants se sont basés sur l’article: A. Belushkin, F. Yesilkoy, H. Altug, Nanoparticle-Enhanced Plasmonic Biosensorfor Digital Biomarker Detection in a Microarray, ACS Nano, 2018