Développement d'outils pour le contrôle précis de paramétres à intérêts biologiques utilisant la microfluidique

Development of tools for the precise control of biological parameters via microfluidics

• Auteur / Autrice : Camila Betterelli Giuliano
• Direction : Joseph Moran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/09/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Pierre Michel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Taly, Julia Sepulveda-Diaz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juliane Simmchen, César Pascual Garcia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cultures cellulaires

Microfluidique

Mots clés libres

Microfluidique

Microfluidique à gouttelettes

Émulsions doubles

Organe sur puce

Surveillance du microenvironnement

Culture cellulaire microfluidique

Microfluidics

Droplet microfluidics

Double emulsions

Organ-on-a-chip

Microenvironment monitoring

Microfluidic cell culture

Résumé

La manipulation précise de fluides à l’échelle microscopique par la microfluidique est pertinente pour la biologie, en transposant une technologie originaire du domaine de la physique à un outil polyvalent pour les sciences de la vie. Cette thèse explore cette polyvalence dans deux applications biologiques : l’encapsulation dans des gouttelettes et la surveillance du microenvironnement pour la culture cellulaire microfluidique. Ces recherches se sont appuyées sur des études de marché qui ont révélé un besoin pour de telles applications. Il a été démontré que la microfluidique permet de produire des compartiments de niveaux de complexité variés, comme des émulsions doubles, dans des conditions de production accessibles. En outre, la stabilité des émulsions doubles a été étudiée dans des conditions physiologiques pertinentes en tant que système de délivrance orale de médicaments. Ensuite, une culture cellulaire microfluidique a été maintenue avec succès hors de l’incubateur à CO2 pendant plus de 48h. La mesure continue du pH a été suffisamment sensible pour enregistrer une signature du métabolisme des cellules.

Microfluidics precise handling of liquids in the micro-scale is particularly relevant for biology, transitioning the technology from physic-related studies to become a versatile tool in life sciences. This thesis explores this versatility in two biological applications: encapsulation in microcompartments and microenvironment monitoring for microfluidic cell culture. These investigations were supported by market studies that highlighted a demand for such applications. Microfluidics was demonstrated to produce microcompartments in varying levels of complexity, such as double emulsions, in non-specialist settings. Moreover, the stability of double emulsions was investigated under physiologically-relevant conditions as a potential oral drug delivery system. Then, a miniaturised microfluidic cell culture was successfully maintained outside the CO2 incubator for over 48h. Continuous pH monitoring of the microenvironment was sensitive enough to demonstrate metabolic cell cycles.