Développement d'un système de gouttes en microfluidique pour la récupération et l'étude de la cellule unique

Development of a system of drops in microfluidic for the recovery and study of single cell

• Auteur / Autrice : Nadège Bois
• Direction : Marie-Claude Potier, Jean-Louis Viovy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Complexité du Vivant
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie moléculaire

Transcriptome

Microfluidique

Résumé

Les études de populations de cellules permettent de comprendre les mécanismes biologiques, normaux ou pathologiques. Cependant, il faut tenir compte de la particularité des cellules au sein d’une même population. Leur hétérogénéité peut noyer des informations significatives. Il est donc essentiel de pouvoir étudier cellule par cellule les niveaux d’expression des gènes. Cet enjeu majeur en biologie reste un défi compte tenu de la faible quantité de matériel contenu dans une seule cellule. Le but de notre projet a donc été de développer des outils innovants et intégrés basés sur la microfluidique pour réaliser des analyses d’expression génique au niveau de nombreuses cellules individuelles. Nous nous sommes tournés vers la microfluidique digitale qui permet à haut débit d’encapsuler des cellules dans de très petites gouttes de quelques nanolitres telle une émulsion d’eau dans l’huile. Nous avons réalisé une plateforme permettant la création des gouttes et leurs récupérations individuellement. Ce système a ensuite été utilisé en vue de deux applications différentes. Tout d’abord, nous avons utilisé cette plateforme afin de réaliser des cultures monoclonales. Cela pourrait permettre la création de lignées stables ou la production d’anticorps monoclonaux. D’autre part, une fois encapsulées dans ces nanoréacteurs, il est possible de lyser les cellules, le contenu en ARN pouvant alors être transformé en ADN complémentaires puis amplifié, récupéré et analysé sur des puces à ADN. Cela permettra d’obtenir un profil d’expression génique au niveau de cellules individuelles.

Studies of cell populations are necessary to better understand normal and pathological biological mechanisms. However, one must take into account the specificity of each cell within a population. The study of their heterogeneity can provide meaningful information and it is therefore essential to investigate the gene expression levels of individual cell. This is a major challenge given the small amount of material in a single cell. The aim of our project was to develop innovative and integrated tools based on microfluidics to perform gene expression analyzes at the single cell level. For that purpose we used droplet microfluidics that enables the generation of small droplets of water in oil at high throughput. We developed a platform enabling single cell encapsulation and providing an easy handling of individual droplets. This system was then used for two different applications: first, we investigated the capabilities of this platform to make monoclonal cultures for the creation of stable cell lines or the production of monoclonal antibodies. Second, we targeted an application devoted to transcriptom analysis: once encapsulated in droplets, cells can be lysed and their RNA content can then be converted to complementary DNA, amplified by RT PCR, recovered and analyzed on microarrays. This strategy provides a gene expression profile in individual cells.