Développement de nouveaux biocapteurs électrochimiques pour la détection spécifique de biomarqueurs du cancer de la prostate

Design of new electrochemical biosensors for the specific detection of prostate cancer biomarkers

• Auteur / Autrice : Meriem Mokni
• Direction : Najla Fourati-Ennouri, Asma Omezzine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Matériaux
• Date : Soutenance le 22/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université de Monastir (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....) - Laboratoire de Recherche LR 12 SP 11 (Sousse, Tunisie)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed fadhel Najjar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Ksibi, Chouki Zerrouki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Mehdi Chehimi, Mohamed Ksibi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrochimie

Biocapteurs

Prostate -- Cancer

Mots clés libres

Cancer de la prostate

Biocapteurs électrochimiques

PSA

Engrailed 2

PCA3

Prostate cancer

Electrochemical biosensors

PSA

Engrailed 2

PCA3

Résumé

Le cancer de la prostate occupe le cinquième rang des cancers les plus meurtriers dans le monde. Une meilleure prise en charge via un diagnostic précoce permettrait de réduire les mortalités de façon considérable. En l'absence d'un biomarqueur 100% spécifique, le recours à différents biomarqueurs tumoraux permettrait d'améliorer de façon significative la spécificité et la sélectivité du test, et donc une meilleure détection du cancer de la prostate. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse dont l'objectif est de développer trois biocapteurs électrochimiques dédiés à la détection de trois biomarqueurs du cancer de la prostate : l'antigène spécifique de la prostate (PSA), l'Engrailed 2 (EN2) et le gène 3 du cancer de la prostate (PCA3). Le premier biocapteur, fonctionnalisé avec des polymères à empreintes moléculaires, était dédié à la détection sélective du PSA. Les études électrochimiques ont mis en évidence une grande affinité entre les analytes cibles et les empreintes formées au sein de la matrice polymérique. Les résultats des tests de détection du PSA dans une quarantaine de sérums humains étaient en parfaite concordance avec ceux issus de la méthode de référence ELISA, démontrant ainsi la robustesse du capteur réalisé. Le deuxième biocapteur est un immunocapteur dédié au dosage de l'EN2 urinaire. Les tests de sélectivité et de compétitivité ont démontré que l'immunocapteur est capable de détecter sélectivement EN2 et de la différencier des autres protéines interférentes. Les tests de détection dans les urines artificielles ont mis en évidence le fait que les performances du capteur n'étaient pas affectées par la complexité du milieu de détection. Le troisième capteur est un génocapteur destiné à la quantification du PCA3 extrait des échantillons urinaires. Le protocole choisi repose sur le greffage de sondes d'ADN thiolées sur la surface en or de l'électrode de travail et sur la reconnaissance par complémentarité du PCA3, sans avoir recours à l'utilisation d'un couple rédox ou à un marquage préalable des cibles. Les résultats obtenus ont montré que le choix de la sonde, et plus particulièrement la position de la séquence retenue dans la chaine, influence la réponse du capteur.

Prostate cancer is the fifth most lethal cancer in the world. Better management through early diagnosis could significantly reduce mortality. In the absence of a 100% specific biomarker, the use of different tumour biomarkers would significantly improve the specificity and selectivity of the test and therefore a better detection of prostate cancer. In this context, three electrochemical biosensors were designed for the detection of different prostate cancer biomarkers: prostate-specific antigen (PSA), Engrailed 2 (EN2) and prostate cancer gene 3 (PCA3). The first biosensor: functionalized with molecularly imprinted polymers, was dedicated to the selective detection of PSA. Electrochemical studies showed a high affinity between the analytes and the imprints formed within the vicinity of the polymeric matrix. The results of the PSA detection tests in about 40 human sera were in perfect agreement with those of the reference ELISA method, demonstrating the robustness of the designed sensor. The second biosensor is an immunosensor dedicated to the determination of urinary EN2. Selectivity and competitiveness tests demonstrated that the immunosensor can selectively detect EN2 and differentiate it from other interfering proteins. Detection tests in artificial urine showed that the performance of the sensor was not affected by the complexity of the detection medium. The third sensor is a genosensor for the quantification of PCA3 extracted from urine samples. The chosen protocol is based on the grafting of thiolated DNA probes onto the gold surface of the working electrode and the recognition of PCA3 by complementarity, without the use of a redox couple or prior labelling of targets. Results highlighted that the choice of the probe, and more particularly the position of the sequence selected in the chain, has a significant influence on the response of the sensor