Développement d'une plateforme évolutive pour la surveillance moléculaire humaine

Les appareils électroniques de santé portables sont désormais omniprésents, mais la surveillance moléculaire continue n’est largement disponible que pour le glucose. Des décennies de recherche ont étendu la surveillance continue à d’autres molécules, mais ces techniques sont réservées aux laboratoires de recherche et restent déconnectées de l’utilisation humaine quotidienne. Nous proposons une plateforme pour traduire et distribuer ces technologies émergentes, permettant la cartographie du métabolome humain variable dans le temps et la conception de dispositifs en boucle fermée pour une santé personnalisée.

Les humains sont les meilleurs organismes modèles pour les humains, mais nous disposons de peu d’outils pour étudier la biochimie humaine in situ et en temps réel. La base de données sur le métabolisme humain répertorie environ 20 000 composés détectés, dont seulement 3 000 ont été quantifiés. Encore moins de ces biomolécules ont été étudiées avec une résolution temporelle dans des études longitudinales sur l'homme.

Les phénomènes cardiovasculaires, métaboliques/endocriniens et pharmacocinétiques des médicaments sont régis par des biomolécules variant sur une échelle de temps allant de quelques secondes à quelques minutes ou heures, ayant un impact sur le comportement et le bien-être sur des échelles de temps similaires. Actuellement, le seul moyen de mesurer ces molécules consiste à effectuer des tests en laboratoire, ce qui est intrusif dans la vie quotidienne. De plus, les tests en laboratoire ne peuvent pas être effectués à la fréquence nécessaire pour capturer toutes ces variations.

En revanche, les moniteurs portables sont conviviaux et permettent des mesures continues à la bonne échelle de temps. Ces moniteurs nécessitent des biocapteurs spécialement conçus, car il existe un nombre limité d'enzymes naturelles qui génèrent des signaux électriques continus et variables dans le temps, comme ceux utilisés par les glucomètres continus, qui sont actuellement le seul appareil de ce type disponible dans le commerce. Cependant, la plupart des laboratoires pionniers dans les stratégies de biodétection ne développent pas de dispositifs compatibles avec l’homme et vice versa, créant ainsi un gouffre entre ces deux domaines de recherche et de développement.

Ce projet vise à réaliser une surveillance continue mini-invasive de plus de 100 analytes dans le corps humain et à fournir des appareils aux chercheurs. Ce projet développera un banc d'essai de dispositifs médicaux pouvant utiliser la myriade de stratégies de biodétection mises en œuvre par les laboratoires universitaires pour développer des dispositifs destinés à des expériences humaines. Notre approche technique combine des canaux ioniques synthétiques et des commutateurs conformationnels couplés à un réseau CMOS pour évaluer de nombreux analytes en parallèle. Nous avons déjà accès à des techniques de fabrication personnalisées, et les coûts et les obstacles liés à la conception et à la fabrication de protéines et de capteurs au silicium tendent à la baisse.

Le projet progressera à travers quatre étapes interdépendantes :

Le projet progressera à travers quatre étapes interdépendantes.

Les organismes de recherche ciblée (FRO) sont des équipes de recherche axées sur une mission limitée dans le temps, organisées comme une startup pour relever un défi scientifique ou technologique spécifique à moyenne échelle. Les projets FRO cherchent à produire de nouveaux outils, technologies, processus ou ensembles de données transformateurs qui servent de biens publics, créant de nouvelles capacités pour la communauté de recherche dans le but d'accélérer le progrès scientifique et technologique de manière plus large. Surtout, les projets du BOF sont souvent laissés pour compte par les sources de financement de la recherche existantes en raison de motivations, de processus, de missions ou de cultures contradictoires. Il existe probablement un large éventail de concepts de projets pour lesquels les agences pourraient tirer parti des entités de type FRO pour réaliser leur mission et faire progresser le progrès scientifique.

Ce projet convient à un modèle de type FRO car les quatre étapes de recherche nécessitent des boucles de rétroaction étroites et une normalisation et l'industrie des dispositifs médicaux n'est pas incitée à poursuivre ce type de recherche. Les entreprises privées se concentrent généralement sur une poignée de molécules les plus pertinentes pour les soins du diabète, en tirant parti de biocapteurs éprouvés et d’un remboursement prévisible par les assurances. Un institut autonome à but non lucratif est le mieux placé pour standardiser et réduire les risques des expériences de surveillance moléculaire afin de catalyser la formation d'un consortium d'expérimentateurs. Tout comme l’association à but non lucratif AddGene a standardisé et démocratisé l’accès au matériel génétique, nous cherchons à développer l’institution analogique pour les dispositifs médicaux.