Développement d'un système microfluidique de tri en taille et biomarqueur-spécifique pour l'analyse de vésicules extracellulaires

Development of a size-sorting and biomarker-specific microfluidic system for the analysis of extracellular vesicles

• Auteur / Autrice : Marie Gaillard
• Direction : Yoann Roupioz, Aurélie Thuaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 01/02/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Wilfrid Boireau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Faure, Elodie Sollier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wilfrid Boireau, Myriam Taverna

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer

Marqueurs biologiques

Aptamères

Microfluidique

Vésicules extracellulaires

Mots clés libres

Vésicules extracellulaires

Microfluidique

Aptamères

Déplacement latéral déterministe

Biomarqueurs

Cancer

Extracellular vesicles

Microfluidic

Aptamers

Dld

Biomarkers

Cancer

Résumé

Dans le cadre de l’amélioration des procédés d’analyse de biologie médicale et particulièrement des méthodes de diagnostic, les vésicules extracellulaires apparaissent comme des biomarqueurs avec un fort potentiel depuis une dizaine d’années. En effet, elles portent la signature protéique de leurs cellules émettrices, ce qui peut être exploité comme outil de diagnostic. Cependant, la communauté scientifique fait face à un manque d’outil technologique pour l’isolement de ces biomarqueurs au vu de l’hétérogénéité de l’échantillon nanométrique. Ces limites freinent l’utilisation de ces nouveaux types de biomarqueurs en diagnostic clinique. Ainsi, de nouvelles méthodes sont requises pour effectuer un isolement efficace, simple et rapide des vésicules extracellulaires à partir d’une biopsie liquide. Le développement d’un système utilisant des nouvelles technologies à la frontière des domaines de la microfluidique et de la biochimie s’inscrit dans cette évolution. La technique microfluidique de tri en taille de Déplacement Latéral Déterministe (DLD) apparaît comme une des technologies prometteuses pour le tri passif d’objets biologiques. L’association tri en taille et biomarqueur-spécifique est alors permise par la combinaison d’un système DLD couplé à des aptamères ciblant les protéines biomarqueurs d’intérêt. Les possibilités de capture spécifique des vésicules extracellulaires par les aptamères ont été étudiées comme sondes alternatives aux anticorps via la mise en place d’une nouvelle méthode de détection. En parallèle, le développement d’un système microfluidique DLD pour l’isolement des vésicules extracellulaires à partir de milieux biologiques complexes comme alternative aux méthodes conventionnelles a été réalisé. L’intégration du tri DLD biomarqueur-spécifique à l’aide d’aptamères a été abordé de façon à proposer d’un système microfluidique complet d’analyse de vésicules extracellulaires à partir de liquide biologique.

In the context of the improvement of medical biology analysis processes and particularly of diagnostic methods, extracellular vesicles appear as biomarkers with a strong potential since about ten years. They indeed carry the protein signature of their emitting cells, which can be exploited as a diagnostic tool. However, the scientific community is facing a lack of technological tools for these biomarkers isolation due to the heterogeneity of the sample of nanometric-scale particles. These limitations hinder the use of these new types of biomarkers in clinical diagnosis. Thus, new methods are required to perform efficient, simple and rapid isolation of extracellular vesicles from liquid biopsy.The development of a system using new technologies at the frontier of the fields of microfluidics and biochemistry is part of this evolution. The microfluidic technique of Deterministic Lateral Displacement (DLD) size sorting appears to be one of the promising technologies for the passive sorting of biological objects. The combination of size sorting and biomarker-specific sorting is then enabled by the combination of a DLD system coupled to aptamers targeting biomarker proteins of interest. The possibilities of specific capture of extracellular vesicles by aptamers have been studied as alternative probes to antibodies by setting up a new detection method. In parallel, the development of a DLD-based microfluidic system for the isolation of extracellular vesicles from complex biological media as an alternative to conventional methods has been performed. The integration of biomarker-specific DLD sorting using aptamers has been addressed in order to propose a complete microfluidic system for the analysis of extracellular vesicles from biofluids.