Spectrométrie de masse à base de systèmes nano-électro-mécaniques pour la standardisation de la production de particules virales.

par Kavya Clement

Projet de thèse en Biologie Structurale et Nanobiologie

Sous la direction de Christophe Masselon.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Biologie à grande echelle (laboratoire) depuis le 30-03-2018 .


  • Résumé

    Les nanoparticules naturelles ou synthétiques possèdent des propriétés dépendantes de leur structure, mais les méthodes de caractérisation existantes sont aveugles à une caractéristique critique: leur masse. Bien que celle-ci puisse être grossièrement déduite de la taille et de la densité à partir de mesures d'ensembles de particules, la masse d'une nanoparticule est en soi une quantité très spécifique. Par exemple, certaines capsides de virus ont la même taille, qu'elles contiennent ou non le matériel génétique viral, et sont donc indiscernables morphologiquement, alors que leurs masses diffèrent de celle de l'équivalent de plusieurs milliers de paires de bases d'acides nucléiques. Dans le cadre d'une collaboration entre DRT/LETI/DCOS et DRF/BIG/BGE, nous développons un nouveau prototype de spectromètre de masse basé sur des nano-capteurs (brevet CEA), qui permet la mesure de masse de nano-particules naturelles ou synthétiques jusque-là difficiles à caractériser. A l'aide de ce système, nous avons pu faire la preuve de concept de la détermination de la masse de capsides de bactériophages T5 à 106 milllions de daltons, la plus haute masse moléculaire jamais mesurée. Ce travail de thèse est dédié à l'évolution de ce banc de mesure pour permettre la mesure de routine des virus. La candidate devra en particulier optimiser la désorption de ces espèces très massives, et tester de nouveaux dispositifs nano-mécaniques mieux adaptés à leur détection. Finalement, elle devra évaluer l'adéquation des mesures de masses obtenues pour le contrôle qualité de lots de virus. Les virus émergent actuellement en tant qu'agents thérapeutiques très prometteurs dans des pathologies variées, du cancer aux maladies infectieuses; et plusieurs essais cliniques sont en cours. L'avènement de futures thérapies virales exigera des capacités de production de lots de virus très purs, bien caractérisés, et en grande quantité. Dans ce contexte, la masse des virus produits constitue un important indicateur de qualité.

  • Titre traduit

    Nano-electro-mechanical-system mass spectrometry for the standardization of large scale virion production.


  • Résumé

    Natural or artificial nanoparticles have structure-dependent features, but existing characterization methods are blind to a critical property: their mass. Although it can be roughly deduced from ensemble measurements of size and density, the mass of a nanoparticle is in itself a highly specific quantity. For instance, some viral capsids have the same size whether they contain the viral genetic material or not, and are thus morphologically undistinguishable, while their mass differs by the equivalent of that of several thousand nucleic acid base pairs. In the framework of an ongoing collaboration between DRT/LETI/DCOS and DRF/BIG/BGE, we develop a new prototype of nano-sensor based mass spectrometer (CEA patent), that allows mass measurements of natural or artificial nanoparticles that were up to now very difficult to characterize. With this system, we demonstrated the proof of concept of the determination of Bacteriophage T5 viral capsids at 106 Megadaltons, the highest molecular mass ever measured. This thesis project aims at evolutions of the existing bench to allow routine measurements of viruses. The candidate will have to optimize the desorption of these very massive species, and test new nano-mechanical devices better suited to their detection. Finally, she will have to assess the added value of mass measurements for the quality control of virus batches. Viruses are emerging therapeutic agents that appear very promising in various pathologies, ranging from cancer to infectious diseases; and several clinical trials are underway. The advent of future viral therapies requires the ability to produce large batches of highly pure, well characterized viruses. In this context, the mass of the virus constitutes an important quality indicator.