Development of novel droplet-based microfluidic strategies for the molecular diagnosis of cancer

par Deniz Pekin

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Valérie Taly.

Soutenue le 26-02-2013

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg) , en partenariat avec Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Anne-Marie Gue.

Le jury était composé de Marie-Pierre Gaub, Iradj Sobhani.

Les rapporteurs étaient Charles Baroud, Séverine Legac.

  • Titre traduit

    Développement de nouvelles techniques de microfuidique en gouttes pour la détection des biomarqueurs de cancer


  • Résumé

    Le cancer constitue un problème majeur de santé publique en France. La nécessité de disposer d’un test capable de détecter très précocement une tumeur, avant même qu’elle ne soit décelable par l’imagerie (et surtout avant les métastases) ne fait pas doute. Pour l’heure, la voie la plus prometteuse pour détecter la maladie demeure la mise au point des tests simples, fiables, rapides et hautement sensibles, reposant sur le dosage de marqueurs génétiques (des biomarqueurs). Nous avons développé une procédure non-invasive, innovante et au moins 1000 fois plus sensible que les méthodes actuelles (0,0005% de séquences mutées détectées parmi un excès de séquences non-mutées), pour le criblage des biomarqueurs spécifiques des cancers. Elle peut facilement être utilisée pour le diagnostic, le pronostique ou la prédiction des procédures de gestion clinique des patients souffrant du cancer colorectal et par après pour les patients souffrant d’autres types de cancer. Cette méthode est basée sur l’utilisation des millions de microgouttelettes en tant qu’autant de bioréacteurs indépendants. Apportant ainsi la possibilité d’analyse chaque molécule d’ADN indépendamment, elle permettra de détecter spécifiquement une minorité de séquences mutantes au sein d’une forte quantité de séquences non mutées et avec un débit important. Nous avons développé cette stratégie pour la détection des mutations de l’oncogène KRAS (responsables des non-réponses aux thérapies ciblées) et nous l’avons validé avec la détection de mutations KRAS dans les échantillons de plasma sanguin et de tumeur des patients atteints d’un cancer colorectal métastatique. Notre méthode trouvera son utilité non seulement dans le domaine du diagnostic précoce des cancers, mais aussi dans cas de la prédiction de la réponse aux traitements ciblés grâce à la détection de biomarqueurs spécifiques.


  • Résumé

    The aim of this work is to establish novel strategies for the highly sensitive screening of cancer biomarkers in biological samples.To achieve this goal, we developed droplet-based microfluidic dPCR technique. Using a limiting dilution, individual DNA molecules are encapsulated within monodisperse droplets of a water-in-oil emulsion created with a microfluidic device. Fluorescent TaqMan® probes targeting the screened cancer biomarkers allow the detection of mutations. We focused on the mutations in the human KRAS gene for the development of our test. This method is also transposable in a multiplexed format for the parallel detection of multiple mutations in clinical samples.The developed technique allowed the precise quantification of a mutated KRAS gene in the presence of a 200,000-fold excess of un-mutated KRAS genes and enabled the determination of mutant allelic specific imbalance (MASI) in several cancer cell-lines. We validated our technique by screening for KRAS mutations in the blood plasma and tumor samples from patients with metastatic colorectal cancer.


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