Technologie d’identification automatisée du sexe embryonnaire basée sur des puces microfluidiques

Contexte académique

Dans l’industrie de l’aviculture, l’élimination des poussins mâles immédiatement après l’éclosion est une pratique courante, car ceux-ci ne peuvent ni pondre des œufs ni fournir de viande de qualité. Chaque année, environ 372 millions de poussins mâles sont éliminés dans l’Union européenne. Cette pratique soulève des questions éthiques et de bien-être animal, ce qui a conduit plusieurs pays européens (comme l’Allemagne, la France et l’Italie) à légiférer contre cette pratique. Pour résoudre ce problème, l’identification du sexe embryonnaire (in ovo sexing) est devenue l’une des solutions les plus prometteuses. Cependant, les technologies actuelles d’identification du sexe embryonnaire ne répondent pas simultanément aux exigences d’une haute précision (> 98 %), d’un faible coût, d’un minimum d’interférences avec l’embryon, d’une compatibilité avec toutes les couleurs de coquilles et d’une capacité de traitement de plus de 20 000 œufs par heure.

Pour surmonter ces défis, des chercheurs ont mis au point une technologie basée sur la Recombinase Polymerase Amplification (RPA) intégrée à une puce microfluidique, conçue pour une identification automatisée et hautement sensible du sexe embryonnaire. Cette technologie permet de détecter le gène spécifique aux femelles, HINTW, à 37,7 °C dans une couveuse en seulement 30 minutes, offrant ainsi une solution efficace et économique pour l’industrie avicole.

Source de l’article

Cet article a été coécrit par Simão Monteiro Belo dos Santos, Celine Wegsteen, Dries Vloemans, Matthias Corion, Bart De Ketelaere, Dragana Spasic et Jeroen Lammertyn. Les auteurs appartiennent au département des systèmes biologiques de la KU Leuven (Université de Louvain, Belgique). Leurs travaux, publiés en 2024 dans la revue npj Biosensing, sont intitulés “Fully automated sample-to-result simple-RPA microfluidic chip towards in ovo sexing application”.

Processus de recherche et résultats

1. Objectif et contexte

L’objectif principal de cette recherche est de développer une puce microfluidique, baptisée simple-RPA, capable de réaliser automatiquement l’identification du sexe embryonnaire à l’intérieur d’une couveuse. Cette puce, basée sur la technologie RPA, permet une détection rapide du gène HINTW spécifique aux femelles pendant les jours 6 à 9 d’incubation. Cette technologie réduit les interactions avec l’embryon tout en répondant aux besoins de haut débit de la production industrielle.

2. Conception expérimentale et procédures

La recherche a été élaborée en plusieurs étapes principales :

a) Optimisation de la bioanalyse RPA hors puce

Tout d’abord, l’équipe de recherche a optimisé la bioanalyse RPA dans des conditions hors puce. En testant différentes concentrations d’amorces (0,5, 2,5, 5 et 10 µM) et durées d’incubation (5, 10, 15 et 20 minutes), ils ont déterminé que la concentration optimale était de 2,5 µM et que le temps idéal était de 15 minutes. Les résultats ont montré que la concentration d’amorces de 2,5 µM offrait le meilleur rapport signal/bruit (SNR = 0,92) tandis que les 15 minutes d’incubation permettaient une détection rapide sans compromettre la sensibilité.

b) Test de sensibilité

Après avoir optimisé la bioanalyse RPA, l’équipe a testé sa sensibilité. En réalisant une dilution en série de l’ADN synthétique (de 0,05 à 1,6 × 10⁻⁵ ng/µL), elle a constaté que les limites de détection (LOD) de la RPA, avec une thermocycleuse PCR et une couveuse comme sources de chaleur, étaient respectivement de 8 × 10⁻⁵ ng/µL et 1,6 × 10⁻⁵ ng/µL. Cela montre que la couveuse offre une plus grande sensibilité, ce qui est favorable à une application pratique.

c) Développement de la puce simple-RPA

Sur la base de la bioanalyse RPA optimisée hors puce, les chercheurs ont développé une puce microfluidique nommée simple-RPA. Cette puce utilise une technologie de pompe microfluidique autoalimentée (technologie SIMPLE) et réalise automatiquement les opérations liquides après une simple pression. La conception de la puce comporte plusieurs éléments clés : - Unité de traitement des échantillons : Elle effectue le dosage précis de l’échantillon (1 µL) et le mélange avec les réactifs RPA. - Chambres de mélange 3D : Elles permettent un mélange efficace grâce à un effet d’expansion. - Unité de détection : Elle intègre une bandelette à flux latéral (LFS) pour la détection colorimétrique des produits amplifiés.

d) Tests de performance de la puce

L’équipe de recherche a testé la bioanalyse RPA optimisée directement sur la puce simple-RPA. Les résultats expérimentaux ont montré que la puce pouvait détecter l’ADN synthétique HINTW en 30 minutes avec une limite de détection (LOD) de 8 × 10⁻⁵ ng/µL, ce qui est cohérent avec les performances hors puce, confirmant la fiabilité et l’applicabilité de la puce.

3. Résultats principaux et conclusions

Les principaux résultats comprennent : - L’optimisation réussie de la bioanalyse RPA en déterminant la concentration d’amorces et la durée d’incubation optimales. - Le développement d’une puce microfluidique entièrement automatisée (simple-RPA) capable de réaliser une identification du sexe embryonnaire dans une couveuse. - Une limite de détection (LOD) de 8 × 10⁻⁵ ng/µL, adaptée à une application industrielle.

4. Importance et valeur de la recherche

Cette recherche fournit une solution technologique efficace et économique pour l’identification du sexe embryonnaire dans l’industrie avicole. En combinant la technologie RPA avec une puce microfluidique, l’équipe a réalisé une détection automatisée et hautement sensible, évitant la complexité et le coût élevé des techniques PCR traditionnelles. De plus, cette technologie présente un potentiel d’application large dans d’autres domaines, tels que la médecine, les sciences vétérinaires et l’agriculture, pour la détection rapide de pathogènes.

5. Points forts de l’étude

• Haute sensibilité : La puce simple-RPA permet de détecter le gène HINTW à des concentrations aussi faibles que 8 × 10⁻⁵ ng/µL.
• Automatisation totale : La puce s’active par une simple pression, réduisant les erreurs humaines et les risques de contamination.
• Faible coût : Le coût de fabrication de la puce est inférieur à 1 €, ce qui la rend viable pour une production à grande échelle.

Résumé

Cette étude a permis de développer une puce microfluidique basée sur la technologie RPA, offrant une solution rapide et économique pour l’identification du sexe embryonnaire. Cette technologie répond non seulement aux besoins de l’industrie avicole, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour la détection rapide dans d’autres secteurs.