a) Biorécepteurs synthétiques catalytiques
Le concept d’anticorps catalytique ou abzyme fut énoncé dès les années 1λ40 mais fut réellement obtenu dans les années 1λ80. Différentes approches ont permis l’obtention des abzymes, par voie chimique ou biologique. Cette dernière par manipulation du réseau idiotypique consiste à sélectionner un anticorps Ab1 pour reconnaître le site actif d'une enzyme, de sorte qu'il possède des propriétés structurales complémentaires. Cet Ab1 est utilisé comme antigène afin de produire des Ab2 dirigés contre le site de reconnaissance de l'Ab1. Le second anticorps représente une "image interne" du site actif enzymatique de départ et possède une activité catalytique spécifique [47,48]. Les abzymes sont principalement utilisées pour leur potentiel thérapeutique, de plus les recherches visant à produire des anticorps à activité protéase spécifique d'une séquence pourraient déboucher sur la conception de traitements anti-viraux et de vaccins [49].
b) Biorécepteurs synthétiques d’affinité
Afin d’optimiser la bioreconnaissance des récepteurs dans le but d’augmenter la stabilité et d’améliorer la rentabilité des méthodes de dosage pour des dispositifs médicaux, des biorécepteurs de synthèse équivalents aux récepteurs naturels en terme d’affinité ont été synthétisés. Egalement appelés biorécepteurs biomimétiques, les polymères à empreintes moléculaires et les aptamères en sont des exemples.
Les polymères à empreintes moléculaires ou MIPs (Moleculary Imprinted Polymers) sont formés par la polymérisation d’un polymère autour d’une molécule cible servant de gabarit qui sera ensuite extraite du moule formé (Figure 7) [50]. Cette technique permet de synthétiser
des biorécepteurs proches des composés du moule et permet de couvrir une large gamme de détection allant des hormones aux anticorps [51,52]. Leur affinité pouvant atteindre 10-9 mol.L-1 [53] leur permet d’être utilisé dans le domaine de la protéomique dans diverses applications comme pour la déplétion d’échantillons, alternative aux colonnes d’immunoaffinité [54]. Les
MIPS ne nécessitent pas de conditions de stockage particulières et ils présentent une très grande stabilité même en présence de solvants organiques.
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Figure 7: Fabrication d'un polymère à empreinte moléculaire [54]
Les aptamères sont des molécules d’acides oligonucléiques (ADN ou ARN) ou des peptides capables de reconnaitre un ligand spécifiquement [55]. La flexibilité du squelette de
l’ADN ou de l’ARN permet à deux régions complémentaires d’un même brin de s’associer en appariant leurs bases azotées. Les paires de bases se forment entre l’adénine A et la thymine T (ADN) ou l’uracile U (ARN) et entre la guanine G et la cytosine C par des liaisons hydrogène. Lorsqu’un acide nucléique simple brin se replie sur lui-même en une structure stable, des motifs structuraux composés d’une combinaison d’hélices et de boucles forment des structures tridimensionnelles (Figure 8).
Figure 8 : Représentation schématique des principaux motifs structuraux : la double hélice (A), la tige boucle (B) [56]. Représentation de la structure 3D d’un Aptamère (en violet) capturant une protéine (en bleu) [57]
Ces oligonucléotides sont sélectionnés à partir d’une banque aléatoire de séquences selon leur aptitude à reconnaître une cible par une méthode de sélection baptisée SELEX (évolution systématique de ligands par enrichissement exponentiel) [58]. Les aptamères d’acides
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nucléiques, en particulier, trouvent de nombreuses applications qui nécessitaient auparavant l’utilisation d’anticorps. L’inhibition de la fonction d’une protéine lors de son interaction avec un aptamère est une propriété largement exploitée comme outil pharmacologique; ils peuvent également assurer le transport de molécules actives. Leur affinité avec leur cible peut atteindre 10-10 mol.L-1 [59] ce qui leur permet d’être utilisés comme outil de purification pour la mise en œuvre de chromatographie d’affinité [60–62] après avoir été fixé à un support solide. Ils présentent l’avantage d’être plus stables, plus faciles à manipuler et leur petites tailles leur permet d’obtenir un taux de couverture d’une surface et un taux de sites actifs plus important que les anticorps [58]. Les aptamères sont plus faciles à produire que les biorécepteurs naturels et à moindre coût. Ils sont résistants au solvant et à la température et conservent leurs structures au cours des cycles répétés de dénaturation / renaturation. Les aptamères peuvent donc être utilisés dans un large éventail d’application et notamment dans le domaine des biopuces en format microarray pour le multiplexage de capture de protéines dont l’expression est liée à l’apparition d’une pathologie [63,64].
I.1.3.3 Les modes d’immobilisation des biorécepteurs
Le biorécepteur, une fois fixé à une phase solide, ne doit pas être dénaturé par son immobilisation et lors du stockage, ce qui pourrait compromettre sa fonctionnalité au cours de l’analyse. L’encombrement stérique des molécules jouera un rôle important sur l’accessibilité des récepteurs pour les analytes ainsi que la rugosité de surface [65]. L’immobilisation de biorécepteurs sur la surface du transducteur est donc un point clef de la qualité de l’analyse. La liaison doit offrir une fixation du biorécepteur stable afin d’éviter toute désorption, lorsqu’il y a interaction ou lorsqu’il est soumis à des changements de milieux comme des rinçages ou nettoyages au détergent doux. Et enfin, la bioreconnaissance doit présenter un haut niveau de spécificité pour sa cible.
La nécessité de contrôler la fixation des biorécepteurs afin d’optimiser les capacités de capture de cibles a contribué à de très nombreuses stratégies d’immobilisation visant toujours à optimiser la densité de récepteurs, sa distribution et son orientation. Ces paramètres sont les points cruciaux de la viabilité d’un dosage. Car, dans le domaine clinique, les échantillons à analyser sont très souvent des milieux biologiques complexes (sang, plasma, extraits cellulaires etc.) qui présentent une large variété d’éléments biologiques pouvant interagir avec les récepteurs immobilisés.
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