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Article

1 - CONTEXTE

2 - DÉTECTION PRÉCOCE DE PATHOLOGIES PAR DES ODEURS ASSOCIÉES

3 - APPORT DES NEZ BIOÉLECTRONIQUES

4 - CONSTRUCTION DE BIOCAPTEURS À BASE DE RÉCEPTEURS OLFACTIFS

5 - EXEMPLES DE DÉVELOPPEMENT DE NEZ BIOÉLECTRONIQUES

6 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : RE238 v1

Détection précoce de pathologies par des odeurs associées
Nanobiocapteurs olfactifs pour la détection de pathologies

Auteur(s) : Jasmina Vidic, Édith Pajot-Augy

Date de publication : 10 nov. 2014

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Auteur(s)

  • Jasmina Vidic : Ingénieur de recherche INRA - Virologie et Immunologie Moléculaires, UR892, INRA Jouy-en-Josas, France

  • Édith Pajot-Augy : Directrice de recherche INRA - NeuroBiologie de l'Olfaction, UR1197, INRA Jouy-en-Josas, France

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INTRODUCTION

Résumé

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.

Mots-clés

nanomédecine, nanobiocapteurs, récepteurs olfactifs, détection d'odorants, nanobiotechnologies, nez bioélectroniques

Abstract

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.

Keywords

nanomedicine, nanobiosensors, olfactory receptors, odorant detection, nanobiotechnologies, bioelectronic noses

Points clés

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)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re238


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2. Détection précoce de pathologies par des odeurs associées

2.1 Diagnostic olfactif de pathologies par des chiens ou des rats

Des chiens spécifiquement entraînés sont couramment utilisés pour détecter des explosifs ou des aliments par les odeurs qui en émanent, ce qui est une pratique fréquente en particulier dans les aéroports. Des escadrons de rats renifleurs d'odeurs sont également utilisés pour passer au crible les terrains après les conflits armés afin d'effectuer un déminage efficace, en détectant les mines antipersonnel non explosées. En plus de ces utilisations, les animaux peuvent aussi diagnostiquer précocement certaines pathologies, via des odeurs associées présentes dans les urines, le sang ou l'haleine. Ces observations pourraient paraître anecdotiques. Pourtant, dans les pratiques médicales traditionnelles, les odeurs corporelles constituaient une part importante des observations cliniques et fournissaient des indices permettant aux médecins de poser un diagnostic. Les centaines d'odeurs issues de la sueur, du sébum, du mucus des voies nasales, de la gorge et des poumons, de l'urine, des selles ou encore des sécrétions vaginales reflètent le profil génétique et l'état physiopathologique des individus. Aujourd'hui, avec l'analyse des composés volatils odorants, le diagnostic sensoriel olfactif peut encore contribuer à l'identification de certaines pathologies en identifiant des biomarqueurs olfactifs, que ce soit pour des maladies infectieuses, métaboliques, génétiques ou autres, en orientant le diagnostic .

Dès 1989, des auteurs avaient rapporté dans la revue Lancet des cas de diagnostic de mélanomes, puis en 2005 d'un cancer du sein, fondés sur l'observation des comportements anormaux et insistants des animaux envers leur maître. À partir de 1999, plusieurs composés odorants spécifiques ont été mis en évidence dans les fluides corporels pour de nombreux types de cancers : dans les urines pour le cancer de la vessie, du rein ou de la prostate, dans le sang, mais aussi dans l'haleine pour le cancer du poumon ou du sein. Ces études ont établi que le diagnostic canin résultait...

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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).

  • (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).

  • (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).

  • (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).

  • (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).

  • ...

1 Sites Internet

Bioelectronic Olfactory Neuron Device http://www.bondproject.org

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2 Annuaire

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2.1 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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