Isolement de biomarqueurs cellulaires et moléculaires en oncologie et développement d'approches bas-coût pour leur analyse en routine clinique

Isolation of cellular and molecular cancer biomarkers and development of low-cost approaches for their analysis in clinical routine

• Auteur / Autrice : Aurore Esteve
• Direction : Aline Cerf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nano-physique, nano-composants, nano-mesures
• Date : Soutenance le 06/11/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Francois Berger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aline Cerf, Thérèse Leblois, Anne Pradines, Christophe Vieu, Pierre Saintigny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francois Berger, Thérèse Leblois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Cancérologie

Micro-fabrication

Mots clés libres

Microfabrication

Oncologie

Biomarqueurs

Microfabrication

Oncology

Biomarkers

Résumé

L’objectif de ce travail a été de développer de nouveaux micro-dispositifs pour la capture de cellules tumorales circulantes, ainsi que d’explorer un ensemble de techniques pour faciliter leur analyse aux niveaux cellulaire et moléculaire, en vue d’une utilisation en routine clinique. Une approche innovante de capture des CTCs in vivo, exploitant leurs propriétés physiques spécifiques a été envisagée. La capture au sein de la circulation sanguine du patient, pourrait permettre de sonder un volume plus important et ainsi isoler un plus grand nombre de CTCs en conditions natives et d’obtenir une meilleure représentation de leur diversité. Des techniques pour diminuer le coût des analyses, ont ensuite été explorées de manière à rendre la biopsie liquide utilisable en routine clinique. Parmi ces techniques, l’assemblage capillaire dirigé, utilisé pour étirer et immobiliser de façon organisée des biomolécules 1D, a également permis d’isoler des fragments d’ADN libre circulant, à partir d’échantillons de sang complet non traités. Dans le contexte de la médecine de précision, une autre approche peut être de tester les effets d’un certain nombre de médicaments sur les CTCs provenant du patient-même, de manière à personnaliser son traitement. Pour cela, après capture des CTCs, il peut être intéressant de les cultiver in vitro. C’est dans cette perspective que nous avons intégré les micro-dispositifs de capture à des plateformes qui permettraient la culture des cellules capturées directement in situ. Pour recréer un environnement propice à leur prolifération, la structuration de matériaux biocompatibles à base de nano-cristaux de cellulose favorisant l’adhésion des cellules a été investiguée. Nos résultats fournissent un ensemble de technologies qui pourraient contribuer à la démocratisation du concept de biopsie liquide en routine clinique.

The objective of this work has been to develop novel micro-devices for the isolation of circulating tumor cells as well as exploring different techniques to facilitate analysis of CTCs at the cellular and molecular level in clinical routine. A first innovative approach of in vivo CTC capture exploiting their specific physical traits was considered. Placing the capture micro-device directly within the bloodstream could allow the screening of a bigger volume of blood and thus provide a higher and more representative number of CTCs to analyze. Different techniques aiming to spread the use of liquid biopsy in clinical routine by simplifying and decreasing the cost of analysis were explored. Among these techniques, directed capillary assembly conceived to stretch and immobilize 1D biomolecules enabled the isolation of free circulating DNA fragments from whole blood samples. In the context of precision medicine, another approach may be to test the efficacy of drugs on CTCs isolated from the patient himself so as to personalize the treatment. In this perspective, we integrated the capture micro-devices into a platform allowing in situ culture of trapped cells in vitro. To recreate an environment conductive to their proliferation, the structuration of cellulosic biocompatible materials was investigated. Our results provide a set of technologies that could contribute to the democratization of liquid biopsy in clinical routine.