Petite entreprise, grandes aspirations : Elvesys développe la plate-forme de détection de pathogènes la plus rapide au monde

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"Nos tâches d'acquisition doivent conjuguer exactitude, grande précision et haute vitesse. Nous avons opté pour le matériel NI dès le début du projet pour des raisons financières, et la politique de prix NI nous a permis de conserver cette carte dans le produit final que nous commercialisons. C'est un avantage considérable pour réduire les coûts de développement."

- Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder, Elvesys

The Challenge:
Les vagues d'épidémies ne sont malheureusement pas que des thèmes de films catastrophe ou de romans de science-fiction post-apocalyptique. Les grippes, la fièvre Ebola et autres infections telles que l'anthrax sont des conséquences réelles de l'accroissement démographique mondial et de la mobilité des populations. La mise en œuvre de méthodes de détection capables de dépister ces menaces de manière aussi rapide que fiable prend une tournure vitale.

The Solution:
Elvesys, une petite start-up française désormais réputée pour son système de détection de pathogènes, a utilisé le matériel d'acquisition de données NI ainsi que le logiciel LabVIEW pour concevoir une plate-forme capable de dépister des patients rapidement et à moindre coût.

Author(s):
Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder - Elvesys
Dr Guilhem Velvé Casquillas, CEO and Cofounder - Elvesys

 

Relever un défi majeur pour lutter contre les pandémies 

Le temps et l'exactitude sont deux critères cruciaux pour détecter efficacement des agents pathogènes. Aussi, l'Académie nationale d'ingénierie des États-Unis a identifié les avancées en informatique médicale comme l'un des grands défis techniques du XXIe siècle. La motivation première des efforts engagés dans ce cadre résulte de la nécessité de se préparer à faire face aux crises de santé publique engendrées par les pandémies et les menaces chimiques ou biologiques.

 

Une solution salutaire et un record mondial

Les technologies actuelles de détection de pathogènes requièrent à la fois des équipements de laboratoire coûteux et de gros investissements de temps pour obtenir des résultats exacts et fiables. Or, quand il s'agit de prévenir une flambée épidémique mortelle d'Ebola ou d'anthrax, par exemple, chaque minute compte.

C'est dans cette optique qu'Elvesys a développé Fastgene, la technologie la plus rapide au monde permettant de détecter n’importe quel agent pathogène dans une goutte de sang ou de salive. Fastgene permet aux professionnels de santé de détecter le virus Ebola en six minutes et le bacille de l'anthrax en sept minutes – c’est respectivement 7 et 14 fois plus rapide que les meilleures technologies actuelles. Cette méthode permet d'accélérer la prise en charge des patients, de prévenir la propagation des infections, et par conséquent de limiter les risques de flambées épidémiques.

 

Figure 1. La technologie de détection de pathogènes Fastgene

 

Technologie

Fastgene s'appuie sur les technologies microfluidiques d'Elvesys. Inspirée de la microélectronique, la microfluidique désigne les technologies de manipulation de très faibles volumes de fluides. En réduisant significativement la taille de l'échantillon à une seule goutte de sang ou de salive, de nombreuses opérations de diagnostic peuvent être miniaturisées sur une simple puce. Le « laboratoire sur puce » Fastgene amplifie rapidement une portion spécifique d’ADN pour augmenter le nombre de fragments présents dans l’échantillon et faciliter la détection des agents pathogènes.

L'efficacité de cette plate-forme microfluidique tient principalement à trois composantes : son système de gestion d'échantillons microfluidiques, son système de mesure et de détection de fluorescence, et son interface logicielle pour contrôler l'ensemble du processus. À chaque cycle d’amplification d'ADN, la quantité totale de pathogènes présents dans l'échantillon est déterminée par le biais d'un marqueur fluorescent dans chaque fragment d'ADN dupliqué.

Le système de détection de fluorescence doit impérativement suivre le rythme de l'amplification d'ADN, sans compromettre l'exactitude des résultats. Pour cela, et à l'aide du matériel d'acquisition de données multifonction à bas coûts NI USB-6003, Elvesys a conçu un lecteur de fluorescence personnalisé, commercialisé dans la gamme Elveflow. La miniaturisation des procédures de laboratoire a nécessité une solution matérielle et logicielle intégrée capable d'atteindre une vitesse d'acquisition de 100 kHz et de détecter de faibles variations dans les fragments d'ADN sur un signal de fond élevé avec une résolution de 16 bits, pour garantir l'exactitude du dénombrement des fragments d'ADN.

 

Figure 2. Elvesys a opté pour le matériel d'acquisition de données NI pour son exactitude, sa précision, sa vitesse d'acquisition et son prix.

 

Elvesys a utilisé le logiciel LabVIEW, avec ses quelque 950 fonctions d'analyse intégrées, pour optimiser la précision et la vitesse de son système tout en écourtant son développement. Malgré les difficultés posées par l'automatisation des fonctionnalités complexes du lecteur de fluorescence, de détection génomique et d'analyse de données, Elvesys a développé une interface LabVIEW pour simplifier au maximum l'utilisation du système sur le terrain.

 

Figure 3. L'intégration transparente du matériel d'acquisition de données NI avec LabVIEW a grandement contribué à réduire la durée de développement du système Fastgene.

 

Réduire la durée de développement avec LabVIEW et le matériel d'acquisition de données NI 

Alors constituée d'une petite équipe de 20 personnes, Elvesys a lancé sur le marché les technologies utilisées pour développer son système de détection de pathogènes Fastgene au travers de la gamme Elveflow. Pour cette start-up innovante – qui est parvenue à écourter les cycles de développement de ce système et d'autres instruments Elveflow sans aucune levée de fonds –, il était essentiel de disposer de matériel d'acquisition personnalisable et programmable dans un environnement de développement haut niveau.

L'équipe a donc conçu, développé et prototypé l'intégralité de sa plate-forme de détection de pathogènes en moins de deux ans, ce qui a attiré l'attention de la direction générale de l'Armement. C'est ainsi qu'Elvesys s'est vu confier le développement d’un autre prototype destiné à être déployé et utilisé par des troupes françaises sur le terrain. Bien que cette plate-forme puisse servir à la protection des troupes ou des villes, son application principale reste néanmoins le diagnostic rapide et à bas coût des patients en consultation médicale.

La combinaison de technologies microfluidiques de pointe et du système de mesure NI a permis à Elvesys d'être lauréat du Concours Mondial d'Innovation organisé par le gouvernement français.

 

Figure 4. Elveflow est à présent leader mondial en instruments microfluidiques.

 

Author Information:
Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder
Elvesys
France

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