Biopuce à aptamères : application à la détection de petites molécules par imagerie de résonnance plasmonique de surface

Aptasensor for small molecules detection using surface plasmon resonance imaging

• Auteur / Autrice : Feriel Melaine
• Direction : Arnaud Buhot, Yoann Roupioz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 23/10/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et propriétés d'architectures moléculaires (Grenoble ; 2005?-2015)
• Jury : Président / Présidente : Eric Peyrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Limoges
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Chaix, Jean-Jacques Toulmé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aptamères

Résonance plasmonique de surface

Nanoparticules

Biopuces

Mots clés libres

Biopuces

Nanoparticles d'Or

SPR

Petites molécules

Aptamères

Courbes de dénaturation

Aptasensor

Gold Nanoparticles

SPR

Small molecules

Aptamers

Melting curves

Résumé

Les aptamères correspondent à de courtes séquences d'oligonucléotides possédant une forte affinité et spécificité envers un ligand (petites molécules organiques, peptides, acides nucléiques, protéines, cellules). Du fait de leurs remarquables propriétés, ils sont utilisés comme alternative aux anticorps dans les dispositifs de type biocapteur/biopuce, notamment pour la détection de petites molécules (PM < 2000 Da). L'imagerie de résonance des plasmons de surface (SPRi) est une technique de détection optique qui a gagné une attention croissante ces dernières années. Elle est basée sur un principe de variation de l'indice de réfraction d'une surface sélective lors de l'interaction sonde/cible. Sa sensibilité est néanmoins limitée aux molécules de poids moléculaire supérieur à 2000 Da. Dans le cadre de ces travaux, nous avons développé une biopuce à aptamères pour à la détection d'une petite molécule, l'adénosine, au moyen de la technique de résonance des plasmons de surface (SPR). Pour cela, deux différentes stratégies ont été développées. La première combine l'utilisation de nanoparticules d'or (AuNPs) pour l'amplification du signal SPRi avec l'ingénierie des séquences d'aptamères. La seconde stratégie est basée sur l'exploitation de la stabilité thermodynamique apportée par l'interaction de la cible (adénosine) avec les séquences d'aptamères. Le dispositif SPR est alors couplé à un système de régulation de température, permettant ainsi d'assurer la dissociation des complexes et d'établir des profils de dénaturation caractéristiques. Nos résultats initient ainsi une nouvelle approche dans la détection de petites molécules par SPRi et ouvrent de nouvelles perspectives de développement des biocapteurs à aptamères.

Aptamers are single-stranded DNA (ssDNA) or RNA molecules capable of binding to target molecules, including proteins, metal ions and drugs. Because of their specific binding abilities and many advantages over antibodies (higher stability, lower cost, easy chemical modification…), they provide a great opportunity to produce sensing surfaces for effective and selective detection of small molecules. Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) has become one of the most widely used label-free method for the study of biorecognition events on sensor surfaces. This technique provides a rapid approach, however, limited by low refractive index changes occurring when small molecules (<2000 Da) are captured on the sensor. Whereas significant reflectivity variation is observed upon the interaction of large molecules like proteins with the sensing interface, for small molecules targets such adenosine, the reflectivity variation is often too small to be detected by SPRi. Thereby, only few studies have been reported so far on SPRi-based biosensor for small molecules detection using aptamers. In this work, we developed two bioassay strategies for the detection of a model small molecule, adenosine, using Surface Plasmon Resonance imaging. The first one combines the SPRi signal enhancement effect induced by gold nanoparticles (AuNPs) with the advantage of using engineered DNA aptamers. The experimental results have demonstrated that the presence of gold nanoparticles and adenosine, which works as a molecular linker between engineered aptamer fragments, can significantly increase the SPRi response. The second strategy is based on the thermodynamics of binding between adenosine and its aptamer. To that end, SPRi technique was coupled with rigorous temperature control and aptamer duplex stability was monitored (affected by target binding) by quantification of melting transitions. Our results initiate a new approach for small molecule detection using SPRi with the aim to validate future prospects for integration in parallelized platform.