Capture and analysis of circulating tumor cells in microfluidics : from conception to clinical validation

par Julien Autebert

Thèse de doctorat en Matière condensée et Interfaces

Sous la direction de Jean-Louis Viovy.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .

mots clés

• Microfluidique -- méthodes
• Cellules tumorales circulantes
• Séparation cellulaire -- méthodes

Titre traduit

Capture et analyse de cellules tumorales circulantes en microfluidique : de la conception à la validation clinique

Résumé

La plupart des décès due au cancer sont le fait de l'apparition de métastases qui ne sont pas traitées à temps. En analysant les cellules tumorales circulantes (CTC) qui s'échappent de la tumeur primaire et vont former des métastases, il est possible d'améliorer le pronostic et l'orientation du traitement pour les patients. Ce manuscrit présente le développement d'un système microfluidique pour la capture de ces CTC qui sont des événements extrêmement rares dans le sang (1 CTC pour 10 millions de globules blanc). Après une première partie destinée à mieux comprendre les enjeux liés au tri des CTC et à leur analyse, et un exposé des méthodes existantes, la seconde partie s'attache à présenter toutes les innovations technologiques intervenues durant la thèse et qui ont permis d'aboutir à un système semi-automatisé robuste et fonctionnel. Sont abordés en particulier les aspects de microfabrication, gestion des écoulements et imagerie automatisée. Les résultats obtenus avec ce système sont présentés dans la troisième partie. Après une validation approfondie sur les lignées (qui donne lieu à la création d'un modèle mathématique du processus de capture) et au travail sur le sang, le système est validé à l'aide d'échantillons de patients et comparé à la méthode de référence, afin d'établir ses qualités en terme de rendement de capture et de pureté. Les perspectives de ce travail sont exposées dans le dernier chapitre.

Résumé

Most cancer deaths are caused by the apparition of metastases, when not treated early enough. By capturing and analyzing the circulating tumor cells (CTC) present in the blood of cancer patient (1 CTC for 10 million white blood cells), it is possible to improve both prognosis and treatment orientatior This manuscript presents the development of a microfluidic device that sorts CTC from blood. The first part presents the context of cancer, and the importance of the detection of CTC in the management of the disease. Existing methods to capture rare cells in microfluidic devices are also studied in detail. The second part presents the development of the device and emphasis the improvements in terms of microfabrication, samples handling and imaging that were achieved during the thesis. The third part presents the results obtained with this device in terns of purity and capture efficiency, not only on model cell lines but also on patient samples. A mathematical model for the capture of the cells is proposed. Finally, the perspectives of this work are presented in the last chapter.