Nanofluidique pour l'étude du transport de particules virales

Nanofluidics for the study of viral particle transport

• Auteur / Autrice : Léa Chazot-Franguiadakis
• Direction : Fabien Montel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Laure Biance
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Montel, Anne-Laure Biance, Jan C. Behrends, Delphine Muriaux, Philippe Guégan, Jean-Marc Di Meglio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jan C. Behrends, Delphine Muriaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virus

Pores nucléaires

Nanopores

Mots clés libres

Nanopore

Approche biomimétique

Zero-Mode Waveguide

Pore nucléaire

Virus

Nanopore

Biomimetic approach

Zero-Mode Waveguide

Nuclear Pore Complex

Virus

Résumé

D’un point de vue physique, les virus sont des objets biologiques avec des propriétés mécaniques et thermodynamiques remarquables. Leur détection et caractérisation sont aujourd’hui des enjeux de santé publique majeurs. Dans ce contexte, le transport de virus à travers des nanopores a un intérêt à la fois d’un point de vue fondamental, mais aussi technologique, comme méthode pour sonder les propriétés virales. Nous utilisons une approche mimétique d’un pore biologique emprunté par certains virus, le pore nucléaire. Il possède une sélectivité exceptionnelle due à la présence d’un réseau de polymères formant un gel dynamique en son sein. Pour mieux comprendre les caractéristiques de ce transport nous construisons un environnement simplifié et contrôlé qui est basé sur des membranes nanoporeuses fonctionnalisées. Le transport des particules virales est étudié à l’aide d’une méthode de détection optique de spécificité modulable. Notre dispositif permet de détecter en temps réel et au niveau d’un pore unique le transport de particules virales uniques. Notre approche permet d’appréhender des enjeux technologiques, comme la quantification de la concentration en virus, pour laquelle nous avons développé une méthode versatile et présentant une faible limite de détection. Elle permet également d’aborder des questions fondamentales autour des interactions entre virus et pore. Nous avons notamment mis en évidence un phénomène d’agrégation lié au fort confinement des virus sous flux dans le nanopore. La modélisation de ce phénomène nous a permis d’accéder à des paramètres d’interactions entre les virus et entre les virus et le pore.

From a physical point of view, viruses are biological objects with remarkable mechanical and thermodynamic properties. Nowadays, their detection and characterization represent major public health issues. In this context, the transport of viruses through nanopores is of interest both from a fundamental point of view, but also from a technological point of view, as a method to probe viral properties. Our approach is mimetic of a biological pore used by some viruses, called the nuclear pore complex. It has an exceptional selectivity due to the presence of a network of polymers forming a dynamic gel within it. To better understand the characteristics of this transport we build a simplified and controlled environment based on functionalized nanoporous membranes. The transport of viral particles is studied using an optical detection method of adjustable specificity. Our device allows to detect in real time and at the level of a single pore the transport of single viral particles. Our approach allows to address technological issues, such as the quantification of virus concentration, for which we have developed a versatile method with a low detection limit. It also allows us to address fundamental questions about virus-pore interactions. In particular, we have highlighted an aggregation phenomenon related to the strong confinement of viruses under flow in the nanopore. The modeling of this phenomenon allowed us to access the interaction parameters between the viruses themselves and between the viruses and the pore.