Développement et caractérisation de capteurs électromagnétiques utilisant la diélectrophorèse haute fréquence pour l’isolation rapide de cellules souches cancéreuses sur puce

par Thomas Provent

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Annie Bessaudou et de Arnaud Pothier.

Soutenue le 11-05-2022

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le jury était composé de Annie Bessaudou, Arnaud Pothier, Anne-Laure Deman, Fabrice Lalloué.

Les rapporteurs étaient Vincent Senez, Olivier Français.

mots clés

• Diélectrophorèse haute fréquence
• Microsystème microfluidique et laboratoire sur puce
• Tri cellulaire
• Cellules souches cancéreuses
• Fréquences de transitions
• Facteur de Clausius-Mossotti
• Diélectrophorèse
• Cytométrie de flux
• Cellules cancéreuses
• Cancer -- Diagnostic

Résumé

Les techniques de tri cellulaire sont variées et permettent des progrès pour la recherche en biologie cellulaire. Parmi celles-ci, l‘électro-manipulation par « diélectrophorèse » a prouvé, implémentée au sein de différents microsystèmes, son aptitude à trier des cellules. Lors de notre étude, nous avons exploité le domaine des Ultras Hautes Fréquences pour le développement d‘un cytomètre électromagnétique microfluidique afin de pouvoir cibler, trier et isoler des cellules souches cancéreuses présentes au sein d‘une population de cellules pathologiques au phénotype différencié. La conception du cytomètre est liée à une analyse menée sur les différentes forces qui déterminent la trajectoire de celles-ci et nous permet un contrôle de l‘influence des conditions de tri. L‘objectif étant de séparer les cellules selon leurs propriétés diélectriques intracellulaires, nous verrons comment il est possible de cibler celles-ci selon leurs caractéristiques diélectrophorétiques dans la gamme des Ultra Hautes Fréquences.

mots clés

• High frequencies dielectrophoresis
• Microfluidics microsystem and lab-on-achip
• Biological cells sorting
• Cancerous stem cells
• Crossover frequencies
• Clausius-Mossotti factor

Titre traduit

Development and characterization of EM sensors based on ultra high frequency dielectrophoresis techniques for fast isolation of cancer stem cells

Résumé

A lot of technologies exist to sort biological cells, and allow great advances in cell biology research. Among these technologies, the development of microsystems for the electro-manipulation of cells by dielectrophoresis (DEP) has demonstrated great capabilities to sort cells. This work aims at demonstrating the ability of ultra-high frequencies DEP to target, sort and isolate cancerous stem cells from a population of pathological cells with differentiated phenotype. The development of a specific microsystem is proposed. The design of the cytometer is linked to the different forces acting on cells and so to determine cells‘ trajectories during the sorting enabling the controls of the sorting conditions. The work demonstrates how to target cells‘ dielectrophoretics characteristic s in the range of Ultra High Frequencies in order to separate cells based on their intrinsic intercellular dielectrics properties.