Mise au point d'un format innovant de puces à cellules pour l'analyse phénotypique à haut-contenu

Development of a new cell-on-chip format for high-content phenotyping

• Auteur / Autrice : Julien Reboud
• Direction : Béatrice Schaack, François Berger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biologique et moléculaire
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse

Gouttes

Microfluidique

Transfection

Mots clés libres

Puce à cellules

Criblage

Haut débit

Haut contenu

Résumé

Aujourd'hui la recherche en biologie dispose d'une masse d'informations génomiques considérable qu'il faut comprendre fonctionnellement pour faire émerger de nouveaux concepts, qui formeront le berceau de nouvelles thérapies. Ces études mettent en jeu des mécanismes contrôlés à l'échelle moléculaire et nécessitent le traitement d'informations à haut-débit et de manière parallèle. Les travaux pluridisciplinaires présentés ont permis de mettre au point une technologie miniaturisée de culture de cellules en gouttes matricées sur supports solides, pour tester l'action des molécules sur le comportement de cellules. Après avoir mis au point un démonstrateur macroscopique validé par des transfections de molécules nucléiques, nous avons développé un protocole de fabrication de substrats miniaturisés capable de maintenir 100 nano-gouttes par cm² à l'aide d'un différentiel de tension de surface. Un robot de dispense de pico-gouttes a été intégré pour réaliser les gouttes de culture cellulaire de manière automatique. Le comportement des cellules au sein des gouttes est évalué par microscopie en fluorescence à haut-contenu après fixation. Chaque cellule de chaque goutte est caractérisée par des dizaines de paramètres de manière individuelle. Cette nouvelle approche analytique a été appliquée dans le cadre d'un projet multipartenaire de criblage de siRNA visant à étudier l'impact de gènes sur la chimiorésistance de glioblastomes. Par ailleurs nous avons montré l'utilisation de la spectrométrie de masse comme méthode de phénotypage multiparamétrique. Cette technologie de puce à cellules est particulièrement adaptée à l'étude à haut-débit des comportements fins de cultures cellulaires.

Nowadays biology research is faced with a considerable amount of genomic data which has to be functionally characterised in order to bring new concepts, which will lead to new therapies. These studies approach molecular-based mechanisms, and need high-throughput and parallel data management. The multidisciplinary work presented here has allowed the development of a miniaturised technology of cell culture in liquid drops, matrixed on a plane solid substrate, to test the action of molecules or conditions on the cells behaviour. After the macroscopic demonstration of nucleic acid molecule transfection in living cells on such a device, we have developed a fabrication protocol for a miniaturised support, able to maintain 100 nano-drops per cm², based on differential surface tensions. A picoliter dispensing robot was integrated to make the cell culture drops automatically. The cells' behaviour in the drops is analysed by high-content fluorescence microscopy after fixation. Each cell of each drop is characterised by tenths of parameters individually. This new analytical approach, which has triggered the development of new bio-statistical tools, has been applied to a multipartner project of siRNA screening, aimed at studying the impact of genes on glioblastoma cells chemoresistance. We have also shown the use of mass spectrometry as a multiparametric phenotyping method. This cell-on-chip technology seems particularly well suited for the study of the precise behaviour of cells among a population at high-throughput. It will be the base of new lab-on-chip technologies.