Droplet microfluidics for cancer cell evolution

par Ouriel Caën

Thèse de doctorat en Biophysique

Sous la direction de Valérie Taly.

Soutenue le 30-11-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Médecine Personnalisée- Pharmacogénomique- Optimisation Thérapeutique / MEPPOT - U1147 (laboratoire) .

Le président du jury était Patrick Tabeling.

Le jury était composé de Valérie Taly, Patrick Tabeling, Marie-Claude Potier, Thomas Franke, Jean-Christophe Baret, Florent Malloggi.

Les rapporteurs étaient Marie-Claude Potier, Thomas Franke.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur une problématique moderne: la prise en charge de patients cancéreux par thérapie ciblée. De tels traitements sont efficaces et représentent une récente avancée thérapeutique majeure pour des patients multi-traités en cas d'échec thérapeutique. Cependant, les réponses des patients sont souvent transitoires puisqu'ils rechutent plusieurs mois après le traitement. Il a été récemment démontré que pour les cancers du poumon, ces rechutes sont associées à l'émergence de nouvelles altérations génétiques au sein des tumeurs. Il est donc important de discriminer avant traitement le processus de résistance qui pourrait se produire et proposer ainsi la combinaison de traitements qui empêcheraient l'apparition d'une résistance. Une telle évaluation précoce pourrait être facilitée grâce à l'utilisation de la microfluidique de goutte qui permet un criblage à haut débit à l’échelle de la cellule unique. Cette technologie pourrait ainsi devenir un outil générique pour identifier la résistance à un traitement à un stade précoce de son développement. Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé comme modèle in vitro des lignées cellulaires NSCLC (Non-Small Cell Lung Cancer) respectivement sensibles et résistantes au traitement. Nous avons développé de nouveaux outils de microfluidique de goutte qui ont permis de discriminer entre le phénotype et le génotype de cellules uniques sensibles au traitement et résistantes au traitement. Une telle preuve de principe constitue une première étape vers la compréhension de l'hétérogénéité de populations de cellules tumorales, dont il a été montré qu’elle est corrélée avec la résistance aux thérapies.


  • Résumé

    This thesis deals with a modern problematic: the management of cancer patients using targeted therapy. Such treatments are efficient and represent a recent major therapeutic advance for multi-treated patients in therapeutic failure. However patients responses are often transitory as they relapse several months following the treatment. It has been recently demonstrated that for lung cancers these escapes are associated with the emergence of new genetic alterations within tumors. It is thus important to discriminate before treatment the resistance process that could occur and thus propose the therapeutic combination of treatments that would prevent the appearing of a resistance. Such early assessment could be eased-up thanks to the use of droplet microfluidics which allows high-throughput screening at a single-cell level resolution. This technology could hence become a generic tool to identify resistance to a treatment in an early stage of its development. In the framework of this thesis we used as an in vitro model treatment-sensitive and treatment-resistant NSCLC (Non-Small Cell Lung Cancer) cell lines. We developed novel droplet microfluidics tools which allowed to discriminate between the phenotype and genotype of single treatment-sensitive and treatment-resistant single cells. Such a proof of principle constitutes a first step towards the understanding of tumor cell population heterogeneity, which has been shown to be correlated with resistance to therapies.

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