Développement d'une "biopuce à cellules" pour l'analyse des sécrétions de cytokines par les lymphocytes T individuels

par Dieudonné R. Baganizi

Thèse de doctorat en Médecine

Sous la direction de Patrice Marche et de Yoann Roupioz.

Soutenue le 04-12-2014

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Institut Albert Bonniot (Grenoble) (laboratoire) , Institut nanosciences et cryogénie (Grenoble) (laboratoire) , Structure et propriétés d'architectures moléculaires (Grenoble) (laboratoire) , Institut Albert Bonniot (Grenoble) (laboratoire) et de Structure et propriétés d'architectures moléculaires (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Franz Bruckert.

Le jury était composé de Patrice Marche, Yoann Roupioz, Liviu Nicu.

Les rapporteurs étaient Alain Brisson, Gilles Chiocchia.


  • Résumé

    Le système immunitaire est un ensemble de mécanismes impliquant différents types de cellules qui produisent des facteurs solubles (cytokines, chimiokines ou molécules cytotoxiques) qui contribuent à la régulation et aux réponses immunitaires. La caractérisation à l'échelle cellulaire de la production de ces facteurs solubles présente un grand intérêt d'une part sur le plan fondamental pour comprendre les cascades d'événements des régulations cellulaires, et d'autre part dans le suivi de la réponse immunitaire (infections, cancers, auto-immunités, greffes, vaccins, etc.). Cependant, la plupart des techniques actuellement disponibles (ELISpot, cytométrie en flux, microarrays, etc.) ne permettent pas d'étudier plusieurs cytokines en rapport avec le phénotype des cellules sécrétrices et/ou sans marquage et d'analyser les secrétions de cytokines en temps réel par des cellules individuelles. Dans cette étude, une « biopuce à cellules » a été développée pour analyser les secrétions de cytokines par les cellules individuelles (lymphocytes T) in vitro. La biopuce est fonctionnalisée par greffage électrochimique des motifs d'anticorps spécifiques aux protéines membranaires de cellules et/ou d'anticorps spécifiques aux cytokines, tous couplés au pyrrole. Ensuite, un traitement de surface est effectué avec du poly (éthylène glycol) thiol (Thiol-PEG) pour empêcher la fixation non spécifique de cellules sur la surface de la biopuce. Un dispositif microfluidique en polydimethyllsiloxane (PDMS) et maintenu à 37°C a aussi été développé afin d'intégrer toutes les opérations d'analyse et de détection dans un seul système. La biopuce développée dans cette étude permet la capture spécifique et stable de lymphocytes T individuels viables et la détection ultérieure de cytokines sécrétées par chaque cellule individuelle. Dans ce travail, la détection des cytokines sécrétées (IL-2 et IFN-γ) a été effectuée par fluorescence dans un format en sandwich. Cette «biopuce à cellules» est également compatible avec l'imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRi), ce qui pourrait permettre de réaliser des analyses en temps réel et la détection sans marquage de plusieurs cytokines sécrétées par des cellules individuelles. Cette technique fournit un outil très prometteur pour l'analyse de marqueurs biologiques et de l'activité de cellules et l'étude des réponses immunitaires.

  • Titre traduit

    Development of a "cell biochip" for the analysis of cytokine secretion by individual T-Lymphocytes


  • Résumé

    The immune system is a set of mechanisms involving many different cell types which communicate through downstream signals mediated principally by soluble factors (i.e. cytokines) to protect the host against invading organisms and to control adequate immune responses. The identification and characterization at the cellular level of cytokine production has a huge interest for both fundamental research and clinical studies. However, the majority of techniques currently available (ELISpot, flow cytometry, microarrays, etc.) have several shortcomings including notably the assessment of multiple cytokines in relation to secreting cell phenotypic classification and/or label-free and real-time analysis of cytokine secretions at individual cell level. Hence, in this study, we developed a « cell biochip » to analyze the secretion of cytokines by individual cells (T lymphocytes) activated and cultured in vitro. The biochip is functionalized by electrochemically grafting patterns of pyrrole-conjugated cell membrane-specific and cytokine-specific antibodies and treated with Poly(ethylene glycol)thiol (Thiol-PEG) self-assembled monolayers (SAMs) to stably avoid non-specific binding of cells on the surface. A polydimethyllsiloxane (PDMS)-based microfluidic device maintained at 37°C was also developed in order to integrate all the detection assay operations in a single system. The biochip developed here allows specific and stable capture of viable and bioactive individual T cells and subsequent detection of secreted cytokines in the close vicinity of each individual cell. In this work, the detection of secreted cytokines (IL-2 and IFN-γ) was performed by fluorescence in an immunosandwich assay format. This « cell biochip » is also compatible with surface plasmon resonance imaging (SPRi), which could therefore allow expanding its functionality to enable real-time and label-free detection of multiple cytokines from individual cells. Such technique provides a very promising tool for the analysis of biomarkers and cell activity and the monitoring of immune responses.


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