Intégration de fonctions dédiées à la sollicitation et la caractérisation de cellules biologiques dans les dispositifs microfluidiques

Integration of functions dedicated to the mechanical solicitation and characterization of biological cells in microfluidic devices

• Auteur / Autrice : Amin Amirouche
• Direction : Rosaria Ferrigno, Magalie Faivre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie pour le vivant
• Date : Soutenance le 25/10/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Arie Biesheuvel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Pierre Rols, Gwennou Coupier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manouk Abkarian, Stefano Guido

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformabilité érythrocytaire

Microfluidique

Érythrocytes

Mots clés libres

Globules rouges

Microfluidique

Électrodéformation

Phenotype mécanique

Déformabilité

Relaxation

Red blood cell

Microfluidics

Electrodeformation

Mechanical phenotype

Deformability

Relaxation

Résumé

Cette thèse vise à évaluer deux techniques différentes pour la distinction d'échantillons biologiques mécaniquement altérés. Les deux approches ont été mises au point et étudiées avec un objectif à long terme qui est l'application de ces méthodes au diagnostic basé sur le phénotype mécanique. Bien que, nous avons élaboré ces approches dans le cas de globules rouges (GR), comme leurs propriétés mécaniques peuvent être affectées par des pathologies importantes, tous les concepts développés dans ce travail peuvent être adaptés à d'autres types de cellules.Nous avons caractérisé les propriétés mécaniques de GR à l'aide d'une technique microfluidique passive. L'accent a été mis sur la relaxation de globules rouges sains (GRs) à la sortie d'un canal à largeur variante et la dépendance de la réponse mécanique aux conditions expérimentales a été démontrée. Nous avons rapporté deux modes de relaxation du GR en fonction des paramètres de l'écoulement, et nous avons utilisé l'interface entre ces deux modes pour remonter aux propriétés mécaniques du GR. Lors de la seconde approche, nous avons présenté les résultats obtenus au cours de l'étude du comportement mécanique des GRs à l'aide de l'électrodeformation. Nous avons étudié l'influence des paramètres expérimentaux sur la réponse cellulaire et conclu sur des conditions optimisées pour la sollicitation des cellules sans les altérer. Pour finir, nous avons fait le point sur l'évaluation de ces deux techniques dans la discrimination des échantillons mécaniquement défaillants des sujets sains. Les avantages et inconvénients des deux approches ont été discutés

This thesis aims at evaluating two different techniques for the distinction of mechanically impaired biological samples. Both approaches were developed and investigated keeping in mind the long term objective which is the application of these approaches to diagnosis based on cell mechanical phenotype. Although, we developed these approaches on Red Blood Cells as as their mechanical properties can be affected by important pathologies, all the concepts developed in this work can be adapted to other cell types.We characterized mechanically RBCs using a passive microfluidic technique. We focused on the shape relaxation of healthy Red Blood Cells (hRBCs) flowing out of an oscillating width channel and demonstrated the dependency of their mechanical response upon the experimental conditions. We reported the existence of two relaxation modes for RBCs depending on the flow parameters, we used the interface between the two modes to extract the mechanical properties of RBC.Using a second approach, we presented the results obtained during the study of the mechanical behavior of hRBCs using electrodeformation assays. We investigated the influence of the solicitation parameters on the cell response and concluded on optimized conditions for cell solicitation without altering them. Finally, we evaluated both techniques in the discrimination of rigidified samples from healthy couterparts. Advantages and drawbacks of both techniques were discussed