Il y a vingt ans, le séquençage d’un génome humain était un projet international d’un milliard de dollars. Aujourd’hui, vous pouvez faire séquencer le génome de votre chien d’ici la fin du mois pour quelques dollars. Cela témoigne de la rapidité avec laquelle la génétique a imprégné nos vies, mais malgré les améliorations massives de la technologie, le processus peut encore être un peu maladroit en laboratoire.
Avant même de commencer à démêler le code génétique de quelqu’un, vous devez commencer par un échantillon. Et cet échantillon doit être préparé de la bonne façon. C’est un processus relativement ennuyeux qui est souvent mis de côté au profit d’applications plus flashy du séquençage du génome (lire : faire revivre les mammouths). Mais c’est un endroit où Volta Labs vise à apporter une nouvelle orientation.
Fondée en 2018, Volta Labs est une startup issue du laboratoire multimédia du MIT qui se concentre sur la création d’une approche programmable de la préparation d’échantillons d’ADN. L’équipe est en train de créer un instrument de la taille d’un ordinateur de bureau qui peut automatiser les processus utilisés pour préparer les échantillons génétiques.
« Le monde entier ne pouvait pas séquencer un seul génome humain il y a 20 ans, et aujourd’hui, en tant que non-biologiste, je peux séquencer un génome humain en un jour ou deux sur un banc. Mais si vous regardez les étapes de préparation des échantillons, il y a encore beaucoup de retard. Il a presque été négligé », a déclaré le PDG et co-fondateur Udayan Umapathi à TechCrunch.
L’histoire d’origine de l’instrument de Volta remonte à 2015, quand Umapathi travaillait sur sa thèse de diplôme au MIT. « Ce que j’ai remarqué, c’est que les technologies existantes pour déplacer, mélanger et chauffer les fluides étaient archaïques », a-t-il déclaré. « J’ai réalisé que si nous devions faire de la biologie à grande échelle, l’automatisation de la biologie devait être construite à partir de zéro. »
Le processus de préparation des échantillons d’ADN commence par un échantillon biologique, comme du sang, de la salive ou même des tissus végétaux. À partir de là, une série de réactions enzymatiques et chimiques sont effectuées qui extraient les molécules d’ADN. Ensuite, ils doivent être manipulés pour pouvoir ensuite être «lus» par un séquenceur. Ces réactions sont effectuées par des robots manipulant des liquides ou, dans certains cas, à la main.
Volta automatise ce processus avec ce qu’Umapathi a appelé la « fluidique numérique » – une forme d’électromouillage. Cela utilise un réseau d’électrodes organisées sur une grille, chacune pouvant être chargée ou déchargée, créant quelque chose comme un labyrinthe qui peut positionner avec précision des gouttes de liquide.
Réseau fluidique numérique de Volta. Crédits image : Laboratoires Volta
Avec la bonne programmation, Umapathi est convaincu que sa plate-forme permet de manipuler des liquides de manière encore plus complexe, comme l’utilisation de champs magnétiques pour extraire certaines molécules d’échantillons pour une analyse plus approfondie.
Malgré ces capacités, l’instrument est censé être petit : l’objectif d’Umapathi est de lui conserver la taille d’un ordinateur portable.
Umapathi n’est pas le premier à voir le potentiel de la « fluidique numérique » pour les applications biologiques. En fait, Illumina s’intéresse aux technologies de cette nature depuis des années.
En 2013, Illumina a acquis Advanced Liquid Logic, une société fondée en 2004 qui avait déjà travaillé sur l’application de la microfluidique numérique pour préparer le travail de séquençage d’ADN de nouvelle génération. En 2015, Illumina a tenté de lancer sa propre version d’un produit de préparation d’échantillons de bibliothèque d’ADN appelé NeoPrep, qui a regroupé le processus de quatre à cinq jours en un seul instrument capable d’accomplir la tâche en 30 minutes. Cependant, comme le notent les auteurs d’un article de synthèse de 2020 sur l’industrie de l’électromouillage, l’instrument a été « abandonné pour des raisons non divulguées » en 2017.
Il est difficile de dire si la fin de NeoPrep en 2017 a des implications plus importantes pour le processus de commercialisation de Volta. Mais, il semble qu’Illumina n’ait pas encore mis l’idée au lit.
Jeudi, Volta a annoncé un tour de table de série A de 20 millions de dollars, dirigé par Maverick Ventures (Maverick a également dirigé un tour de table précédent), avec la participation de Khosla Ventures, Casdin Capital et E14 Funds. Les participants incluent également le co-fondateur d’Illumina, John Stuelpnagel, et d’autres grands noms du domaine de la génétique comme Anne Wojcicki, PDG de 23andMe, et Paul McEwan, fondateur de Kapa Biosystems. McEwan a spécifiquement dirigé des programmes de préparation d’échantillons de séquençage chez Roche Sequencing Solutions.
La question naturelle ici est : l’instrument de Volta existe-t-il déjà ? C’est le cas, a déclaré Umapathi, et il est déjà entre les mains de quatre partenaires qui le testent sur le terrain. Il a refusé de nommer les partenaires mais les a brièvement décrits.
L’une est une entreprise spécialisée dans les soins contre le cancer et les troubles neurologiques, qui utilise la technologie de Volta pour développer un processus d’extraction d’ADN. L’un est une institution de recherche sur les applications de l’ARN. Le troisième est un «centre du génome», dit-il. La quatrième société est une société de biotechnologie qui s’intéresse à la biologie synthétique.
L’objectif de la société est de lancer une « édition d’essai limitée » lors de la conférence AGBT Genomics en juin. Lors de ce lancement, Umapathi prévoit également de présenter les données des projets d’essai menés avec le « centre du génome ». Il s’attend à ce qu’un produit commercial soit prêt en 2023.
L’industrie de la génomique en pleine accélération pourrait permettre à Volta de monter à bord. Il a coûté 3 milliards de dollars pour séquencer le génome humain dans le cadre du projet du génome humain. Aujourd’hui, ce même processus peut être répété pour environ 600 $. L’analyse de l’industrie génétique de McKinsey en 2020 a estimé que le coût du séquençage du génome pourrait chuter en dessous de 100 $ d’ici une décennie.
Dans ce contexte, le goulot d’étranglement de la préparation des échantillons semble évident. La grande question ici est : pourquoi les géants du séquençage du génome n’ont-ils pas déjà créé la solution ?
Une partie de la réponse est qu’ils ont déjà essayé, et certains endroits, comme Roche fais ont des instruments qui traiteront chaque petit morceau du puzzle de préparation de séquençage individuellement, par opposition au système intégré qu’Umapathi vise à créer. Mais la réponse qu’Umapathi préfère est que la technologie de séquençage existante est déjà suffisamment compliquée pour être un travail à plein temps.
« La technologie que nous avons mise au point aujourd’hui est presque aussi complexe que la préparation des échantillons elle-même. Donc, pour de nombreuses entreprises de technologie de séquençage, obtenir leur technologie de base était déjà un énorme défi.
À l’avenir, Volta doit prouver que des chimies relativement complexes peuvent être manipulées à l’intérieur d’un instrument aussi compact. Il devra publier beaucoup plus de données qu’il n’en a actuellement pour vraiment prouver qu’il peut s’intégrer dans ce créneau. Des essais confidentiels avec quatre clients et des données non publiées ne suffisent pas.
Mais si cela fonctionne réellement, Volta pourrait rejoindre la montée d’une industrie qui est déjà en plein essor. Avec ce cycle de série A, Umapathi prévoit de définir un plan de fabrication et de commencer à développer sa capacité de commercialisation.
« Je pense que la plus grande partie du capital ira probablement à l’élaboration d’une stratégie de produit et à la commercialisation ou à l’équipe, ainsi qu’à l’approche de la commercialisation l’année prochaine », a-t-il déclaré.