Co-détection de glucose et de dopamine à l'aide d'un dispositif en papier pour l'étude du métabolisme de la neurosécrétion

Le cerveau est l’organe cruciale chez l’homme responsable de l’analyse, du traitement des données et de la cognition. D’un point de vue chimique, c’est l’un des organes du corps humain le plus complexe, avec des centaines de modifications chimiques réalisées à chaque instant. Encore aujourd’hui, les processus chimiques opérant dans le cerveau ne sont pas tous parfaitement connus et de nombreuses voies et processus chimiques restent à être élucidées. Le glucose (GLU), principale source d’énergie du corps humain, et la dopamine (DA), neuro-transmetteur majeur dans la communication interne entre neurones, sont deux métabolites largement investigués dans le cadre de l’étude du cerveau. Dans de nombreuses patholo-gies, un dysfonctionnement de ces deux voies métaboliques peut être observé. Aujourd’hui, DA et GLU sont étudiés séparément, ou simultanément mais en utilisant plusieurs appareils nécessitants des étapes intermédiaires de purification, ce qui rend leur étude complexe. Dès les années 1970, des méthodes électroanalytiques ont été proposées pour la détection de petites molécules cérébrales, notamment par l’équie du professeur Ralph Adams. D’abord utilisée pour la détection des neurotransmetteurs, cette approche quantitative a depuis été développée pour détecter d’autres molécules complexes telles que l’ADN ou encore des en-zymes. Actuellement, l’électrochimie permet de détecter et de quantifier des métabolites aussi bien ex vivo que in vivo. Elle est aujourd’hui pleinement intégrée dans le domaine des bio-capteurs pour des mesures chimiques quantitatives rapides dans des échantillons vivants et artificiels, en particulier pour la chimie du cerveau. La voltammétrie cyclique (CV) est une méthode électrochimique simple et efficace qui permet la détection en temps réel des neurotransmetteurs et des métabolites. Chaque couple d’oxydo-réduction (redox) possède un signal et une forme particulière sur les voltammogrammes obtenues. Cela permet l’identification sélective des espèces électroactives sur la base de leurs potentiels de crête et de la forme de la courbe de CV.

Abstract

The brain is the crucial human organ responsible for analysis, data processing and cognition. From a chemical point of view, it is one of the most complex organs in the human body, with hundreds of chemical modifications taking place at any given moment. Even today, the chemical processes operating in the brain are not all fully understood, and many chemical pathways and processes remain to be elucidated. Glucose (GLU), the body’s main source of energy, and dopamine (DA), a major neurotransmitter in internal communication, are two metabolites widely investigated in the study of the brain. In many pathologies, dysfunction of these two metabolic pathways can be observed. Today, DA and GLU are studied separately, or simultaneously using several devices requiring intermediate purification steps, making their study complex. As early as the 1970s, electroanalytical methods were proposed for the detection of small brain molecules, notably by Professor Ralph Adams’ team. Initially used to detect neurotransmit-ters, this quantitative approach has since been developed to detect other complex molecules such as DNA and enzymes. Today, electrochemistry can be used to detect and quantify both ex vivo and in vivo metabilites. It is now fully integrated into the field of biosensors for rapid quantitative chemical measurements in living and artificial samples, particularly for brain chemistry. Cyclic voltammetry (CV) is a simple and effective electrochemical method for real-time detection of neurotransmitters and metabolites. Each oxidation-reduction (redox) couple has a specific signal and shape on the resulting voltammograms. This enables selective identification of electroactive species on the basis of their peak potentials and the shape of the CV curve.