Thèse soutenue

Identification en haut débit de cellules cancéreuses circulantes par leur signature biophysique
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Quentin Rezard
Direction : Fabrizio Cleri
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Micro-nanosystèmes et capteurs
Date : Soutenance le 20/05/2022
Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Jury : Président / Présidente : Vincent Thomy
Examinateurs / Examinatrices : Mehmet-Çagatay Tarhan, Hervé Guillou, Dominique Collard
Rapporteurs / Rapporteuses : Katia Grenier, Vincent Agache

Mots clés

FR  |  
EN

Résumé

FR  |  
EN

Une tumeur libère divers marqueurs dans son environnement. Parmi eux, les cellules tumorales circulantes (CTC) se propagent dans les vaisseaux sanguins puis créant des métastases. Les avantages de la biopsie liquide ont mis en avant la detection des CTCs comme potentiel outil de diagnostic. Cependant, leur hétérogénéité et leur faible concentration nécessite la capacité d’analyser indépendamment chaque cellule d’un échantillon avec une méthode fiable et à haut débit. De plus, pour pouvoir être exploitée dans un contexte médical, cette méthode doit être à la fois pratique dans sa mise en place et fiable en terme de gestion des données. La seule méthode approuvée cible les marqueurs de surface des cellules. Cependant, certaines cellules cancéreuses perdent ces marqueurs lors de leur transition épithéliale /mésenchymateuse. Des méthodes innovantes ciblant de nouveaux biomarqueurs est donc indispensable. Les marqueurs biophysiques apparaissent pertinents car directement reliés à la l’évolution des CTC lors de leur migration . La microfluidique a permis l’introduction d’approches originales d’analyse à haut débit. Cependant, un compromis limitant existe entre le temps nécessaire à l’analyse d’une cellule et la richesse des informations obtenues. La combinaison des caractérisations électriques et mécaniques paraît être la meilleure approche afin d’atteindre un rendement de mesure pertinent et exploitable. La cytométrie d’impédance nous est apparu comme une technologie de base très pertinente afin d’y associer la caractérisation mécanique. Cependant, les méthodes de caractérisations mécaniques les plus utilisées en microfluidique, telle que la cytométrie de déformabilité, présente de fortes limitations expérimentales soit liées à l’obstruction de canaux ou au besoin de traitement massif de données avec l’exploitation d’image associée au très haut débit. Dans ce contexte, ce travail vise une méthode fiable, pratique et à haut débit afin de caractériser les lignées cancéreuses en fonction de leur signature biophysique. Un dispositif combinant MEMS et microfluidique est proposé? où des paires d’électrodes en silicium intégrées dans les parois du canal effectuent de la cytométrie d’impédance tandis que les caractéristiques mécaniques sont obtenues par la mesure de la compression physique des cellules dans un entrefer étroit pourvu d’un capteur de déplacement. Après sa micro fabrication, l’évaluation des performances du dispositif a permis de déduire des conditions optimales de caractérisation électrique et mécanique à haut débit. Les électrodes ont été optimisée pour les dispositifs MEMS à base de silicium, obtenant des mesures indépendantes de la position des cellules grâce à une meilleure isolation électrique. Ce travail a également validé l’extraction de la taille des cellules électriquement, permettant une détection sans optique. En utilisant des signaux électriques bruts, la distribution de la taille des cellules de trois lignées cancéreuses a pu être mesurée. Une séparation plus poussée a été obtenue par l’utilisation de données extraites telles que l’opacité et le contraste d’impédance avec une distinction claire entre les cellules de différentes lignées. À l’aide d’analyse statistique, la distinction entre des cellules cancéreuse du sein et les cellules leucémiques a été réalisée avec un excellent taux de reconnaissance . Pour la caractérisation mécanique, le dispositif a démontré la capacité de mesurer la rigidité d’une cellule en moins de 10 ms. Les mesures mécaniques ont été associées à des mesures électriques pour les lignées SUM159PT et U937 qui montré des caractéristiques électromécaniques différentes. En conséquence, ce travail conclut la faisabilité d’un dispositif permettant une méthode pratique permettant d’extraire et d’analyser plusieurs paramètres biophysiques de cellules individuelles dans un format à haut débit.