Development of a microfluidic device for single cell transcriptome analysis

par Linda Simon-Desbois

Thèse de doctorat en Biologie et microsystèmes

Sous la direction de Dominique Collard.

Soutenue le 05-09-2013

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) .

  • Titre traduit

    Développement d'un microsystème fluidique pour l'analyse du transcriptome des cellules isolées


  • Résumé

    L’hétérogénéité cellulaire au sein d’une même population cellulaire a été observée chez des organismes procaryotes, chez des organismes plus complexes tels que les mammifères et chez les cellules cancéreuses. L’expression des gènes est un phénomène stochastique ou « bruité ». La connaissance, à l’échelle d’une cellule isolée, des variations stochastiques de l’expression génique, ses oscillations dans le temps et en fonction des fluctuations extérieures constitue un enjeu majeur. Elle permettrait de connaitre les mécanismes de croissance, de différenciation et de migration cellulaire et par voie de conséquence de développer de nouveaux outils thérapeutiques. Par ailleurs, les techniques actuelles d’analyses sur cellule unique nécessitent des protocoles longs et laborieux. Cependant, l’avènement des microcircuits dans les années 80, puis celle de la microfluidique dans les années qui ont suivi, ont ouvert les portes des analyses (chimiques, biologiques et biochimiques) à haut débit, sur de très petits volumes (pl à fl). Nous avons développé un microsystème fluidique, permettant la génération de micro gouttelettes ultrastables et facilement manipulables ; et ce, en utilisant les qualités de changement de phase de l’agarose. Par ailleurs, nous avons conçu un system innovant de génération de microgouttelettes le système « push-pull » qui permet de réduire les volumes morts. Le très petit volume des microgouttelettes font d’elles des microréacteurs dans lesquels nous avons pu encapsuler des suspensions d’ADN, puis des cellules isolées, réaliser des réactions biochimiques, et analyser leur transcriptome ; et améliorer encore l’efficacité et l’intérêt des microémulsions, une technique à très haut débit, et en plein essor.L’hétérogénéité cellulaire au sein d’une même population cellulaire a été observée chez des organismes procaryotes, chez des organismes plus complexes tels que les mammifères et chez les cellules cancéreuses. L’expression des gènes est un phénomène stochastique ou « bruité ». La connaissance, à l’échelle d’une cellule isolée, des variations stochastiques de l’expression génique, ses oscillations dans le temps et en fonction des fluctuations extérieures constitue un enjeu majeur. Elle permettrait de connaitre les mécanismes de croissance, de différenciation et de migration cellulaire et par voie de conséquence de développer de nouveaux outils thérapeutiques. Par ailleurs, les techniques actuelles d’analyses sur cellule unique nécessitent des protocoles longs et laborieux. Cependant, l’avènement des microcircuits dans les années 80, puis celle de la microfluidique dans les années qui ont suivi, ont ouvert les portes des analyses (chimiques, biologiques et biochimiques) à haut débit, sur de très petits volumes (pl à fl). Nous avons développé un microsystème fluidique, permettant la génération de micro gouttelettes ultrastables et facilement manipulables ; et ce, en utilisant les qualités de changement de phase de l’agarose. Par ailleurs, nous avons conçu un system innovant de génération de microgouttelettes le système « push-pull » qui permet de réduire les volumes morts. Le très petit volume des microgouttelettes font d’elles des microréacteurs dans lesquels nous avons pu encapsuler des suspensions d’ADN, puis des cellules isolées, réaliser des réactions biochimiques, et analyser leur transcriptome ; et améliorer encore l’efficacité et l’intérêt des microémulsions, une technique à très haut débit, et en plein essor.


  • Résumé

    In the post-genomic era, it is now critical to characterize living organisms at the singlecell level. CAGE (Cap Analysis of Gene Expression) is a technology developed by agroup of RIKEN instituteto get genome-wide profile of gene expression. It can beused for profiling of gene expression and identifying the TSS (transcription start site)to analyze promoters architecture. By using the CAGE technology, it could be foundthat different tissues and families of genes differentially use distinct types ofpromoters. Applying CAGE technology against single cells is an ideal way tounderstand life phenomenon based on genome and will have a major impact inbiology. To address this, a novel platform to manipulate single cell and analyze itsown transcriptome with higher precision and efficiency is required.This project aims to develop a microfluidic platform to realize the protocol of CAGEtechnology against single cells with higher-throughput and sensitivity overconventional microtube-based way. For this, we encapsulated single cells inmicrodroplets, lysed them, and performed RT reaction in order to sequence andanalyze their transcriptome.

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  • Détails : 1 vol. (143 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 112-120

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50.379-2013-7
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