Deux projets de recherche en ingénierie contre le Covid-19

Projet FindCov

Détection rapide, simple et sans enzymes de SARS-CoV-2
Coordonné par Anthony Genot, chercheur CNRS au LIMMS

L’épidémie mondiale de Covid a mis en évidence le rôle crucial du diagnostic moléculaire pour comprendre, prédire et contrôler la progression du virus. La réaction de polymérisation en chaîne (PCR) est le test standard pour détecter la présence d’ARN viral dans un échantillon. Toutefois, bien qu’elle soit extrêmement sensible, la PCR souffre de plusieurs défauts qui rendent difficile son déploiement à une grande échelle. Ainsi cette analyse doit être effectuée par un personnel spécialisé, sur des machines dédiées et dans un laboratoire centralisé, ce qui conduit le résultat du test à être communiqué au patient plusieurs heures, voire plusieurs jours, après le prélèvement de l'échantillon. De plus les réactifs de la PCR (les enzymes) sont complexes à produire et doivent être constamment réfrigérés. Dans un contexte de pandémie globale, les fortes tensions sur les machines et les kits de PCR rendent la chaîne d'approvisionnement incertaine, sans compter les besoins humains en opérateurs spécialisés dans ce type de tests.

Le projet ANR FindCov s'appuie sur l'expertise du Laboratory for Integrated Micro Mechatronics Systems (LIMMS, CNRS/Université de Tokyo) en nanotechnologie à ADN et en microfluidique et vise à créer un nouveau type de test rapide, simple et sans enzymes. Après prélèvement de l'échantillon et traitement, l’ARN du virus est replié dans une forme choisie grâce à de petits brins d'ADN synthétiques, puis décoré avec des billes micrométriques. Une goutte de cette solution est ensuite observée sous un microscope conventionnel, ou simplement avec un smartphone équipé d'une lentille grossissante. Bien que l'ARN du virus soit trop petit pour être visible, il induit une agrégation des billes dans une morphologie particulière, qui, elle, est facilement détectable. Ensuite grâce à des algorithmes de traitement de l’image, il est possible de remonter à la charge virale du patient.

Projet Nanodrop

Contamination par aérosols nanométriques et micrométriques
Coordonné par Stéphane Zaleski, professeur Sorbonne Université à l’Institut Jean Le Rond d’Alembert

La propagation des maladies respiratoires implique l'expectoration de gouttelettes, que ce soit par la parole, l'éternuement ou la toux. Des gouttelettes de 100 nm peuvent contenir le virus Sars Cov 2. Les chercheurs souhaitent déterminer, expérimentalement et numériquement la taille précise de ces gouttelettes, leur propagation dans l’air environnant en milieu ouvert ou fermé, et l’influence de la température et de l’humidité.
En termes plus scientifiques :

• Combien de gouttelettes de chaque taille sont créées dans une toux ou un éternuement, ou autour des cordes vocales ?
  C’est un problème d’atomisation ou de fragmentation de liquides, pour lequel les chercheurs analysent la « PDF » (distribution de probabilité de taille) avec plusieurs modèles possibles. Un intérêt particulier est porté aux lois d’échelle des petites tailles afin de déterminer la fraction massique des petites gouttes dans l’aérosol.
   
• Comment les petites particules diffusent et se dispersent dans l'environnement ?
  Cette question est liée aux phénomènes de turbulence, de rhéologie et à la physique des systèmes multicomposants. Si la dispersion turbulente est un phénomène bien connu, elle doit être quantifiée pour les nuages de gouttes en jeu ici.
   
• Quelle est la dynamique de la dessiccation ou de la condensation ?
  L’humidité peut avoir des effets contradictoires sur le virus, provoquer sa protection ou au contraire sa dégradation, et connaître la cinétique de l’évaporation et du transfert de chaleur, peut permettre de le préciser pour cette propagation par aérosol.

L'environnement local d'une gouttelette dans l'air, même en apparence peu turbulent, peut fluctuer, de sorte que le taux de séchage et la propagation peuvent dépendre des fluctuations locales des courants convectifs, de l'humidité et de la température, rendant cependant le problème redoutablement complexe.