Nouvelles technologies pour l'électrophorèse

Angelo DePalma est un écrivain indépendant vivant à Newton, New Jersey. Vous pouvez le joindre à [email protected].

Conçue à la fin des années 1980, l’idée du « laboratoire sur puce » visait à créer l’équivalent d’un laboratoire d’analyse complet sur des plaques de silicium, de verre et de plastique de la taille d’une boîte d’allumettes. La plupart de ces appareils étaient basés sur l’électrophorèse capillaire, un mode analytique qui reste dominant dans les appareils d’analyse microfluidique.

Le rêve de fabriquer quelque chose qui ressemble à un laboratoire entier sur un substrat de la taille d'une boîte d'allumettes ne s'est jamais réalisé, mais des instruments commerciaux ont émergé pour effectuer une électrophorèse simple sur des puces. Ceux-ci servent principalement aux sciences de la vie, notamment au diagnostic médical. Un rapport d'étude de marché estime un taux de croissance annuel robuste de sept pour cent pour de tels systèmes.

PerkinElmer propose deux plates-formes d'électrophorèse microfluidique : l'analyseur d'acides nucléiques LabChip® GX Touch™ pour l'ADN et l'ARN, et le système de caractérisation des protéines LabChip® GXII Touch™ pour les protéines et les glycanes. Les deux systèmes fournissent des plates-formes à haut débit pour la séparation, le dimensionnement et la quantification de biomolécules par électrophorèse. PerkinElmer a développé des méthodes de microfabrication spéciales qui intègrent des canaux de faible taille au micron dans de fines micropuces de verre et de quartz. Les micropuces s'interfacent avec l'instrument via des chariots en plastique pour faciliter le chargement et l'engagement des échantillons avec l'instrument.

"Les principaux avantages de l'analyse de biomolécules microfluidique par rapport à l'analyse de biomolécules sur gel sont le débit, la résolution, la facilité d'utilisation, la sensibilité et la polyvalence", déclare James Atwood PhD, directeur général de l'automatisation et de la microfluidique chez PerkinElmer. "L'électrophorèse sur gel traditionnelle prend du temps, demande beaucoup de travail, est sujette à la variabilité et consomme de grandes quantités d'échantillons précieux."

Les tests microfluidiques LabChip consomment seulement 150 nanolitres d'échantillon par séparation et sont compatibles avec les échantillons d'acide nucléique et de protéines dans les faibles plages de concentration pg/μL et ng/mL, respectivement. Le débit pouvant atteindre 384 échantillons par cycle pour LabChip dépasse de loin celui des systèmes à base de gel et des biomolécules, telles que les glycanes liés à l'azote, qui ne sont pas modifiables par la séparation sur gel par électrophorèse mais peuvent être séparés et détectés dans des systèmes microfluidiques. Un autre avantage important de la séparation de biomolécules par microfluidique est la séparation et la quantification des protéines natives, basées uniquement sur la charge, pour détecter les variantes de charge. L'électrophorèse sur gel ne peut pas résoudre les variantes de charge des protéines.

Dans les flux de travail typiques de spectrométrie de masse basés sur l'électrophorèse sur gel, les composés sont d'abord séparés dans le gel, puis les bandes correspondant aux biomolécules d'intérêt sont excisées. Dans les flux de travail protéomiques, les protéines sont dégradées par voie enzymatique et les fragments peptidiques sont extraits du gel avant la LC-MS/MS. Bien que cette approche présente un certain nombre d’avantages, notamment le fait d’être un mode de séparation orthogonal, elle est extrêmement fastidieuse.

Plusieurs systèmes microfluidiques ont été développés pour permettre le couplage direct d'une puce microfluidique à un système HPLC et à un spectromètre de masse. Dans ces systèmes de microchromatographie, les canaux microfluidiques sont remplis d'une phase stationnaire spécifique au mode de séparation souhaité. Cela permet la capture et/ou la séparation automatisée de biomolécules directement sur puce avec élution, ionisation et détection dans le spectromètre de masse. Contrairement aux approches basées sur le gel, les systèmes de microchromatographie sont automatisés et peuvent être adaptés pour cibler des biomolécules spécifiques d'intérêt en modifiant le matériau d'emballage.

Les puces utilisées avec le système Agilent 2100 Bioanalyzer sont constituées d'un boîtier en plastique doté de 16 puits utilisés pour l'application des réactifs et des échantillons. Chaque puce est étiquetée avec des identifiants pour le type de test, le numéro de lot et la configuration de la puce spécifique au test. La puce de verre intègre des microcanaux gravés et est collée à l'arrière du chariot. "Le processus de production de la puce de verre et du canal de séparation est similaire à celui des dispositifs à semi-conducteurs", explique Eva Graf, chef de produit pour les bioanalyseurs chez Agilent Technologies (Santa Clara, Californie). Agilent utilise des masques de protection spéciaux pour les puces à protéines et à acides nucléiques, qui reflètent la structure des canaux. Lorsque les éclats de verre sont exposés à l’agent de gravure, seuls les canaux sont gravés dans le verre. La surface restante de la puce est protégée par le masque.