Étude des interactions entre des substrats microstructurés et des cellules endothéliales pour le développement d’un biocapteur plasmonique pour le diagnostic précoce de conditions pathologiques

Study of interactions between micropatterned substrate and endothelialcells for the fabrication of a plasmonic biochip for early diagnosis ofpathological conditions

• Auteur / Autrice : Zhor Khadir
• Direction : Michael Canva, Paul Charette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies
• Date : Soutenance le 29/03/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau, Essonne ; 1998-....) - laboratoire Charles Fabry / Biophotonique - Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes [Sherbrooke] / LN2
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biophotonique - nanoplasmonique et imagerie biomédicale
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Alice Nicolas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michael Canva, Paul Charette, Elodie Engel, Gaëtan Laroche, Philippe Gogol
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elodie Engel, Gaëtan Laroche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmons

Techniques de biocapteur

Cellules endothéliales

Biotechnologie

Mots clés libres

Microstructuration

Cellules endothéliales

Diagnostic médical

Chimie de surface

Biocapteur

Imagerie par résonance des plasmons de surface (SPRI)

Plasmonic biochip

Surface plasmon resonance imaging (SPRI)

Medical applications

Micropatterning

Endothelial cells

Surface chemistry

Résumé

L’intégrité de l’endothélium vasculaire dépend de la cohésion des cellules endothéliales qui constituent la monocouche cellulaire. Cette cohésion est renforcée par des jonctions endothéliales principalement composées de VE-cadhérines. La quantification de l’intégrité de cette couche cellulaire est particulièrement importante dans l’étude et le diagnostic de conditions pathologiques associées à un stress inflammatoire et à l’exposition à des toxines bactériennes comme dans le cas du sepsis. En se basant sur l'association de ces conditions inflammatoires à une perte de l’intégrité de l’endothélium vasculaire, nous proposons dans ce projet, le développement et la validation de biopuces plasmoniques de nouvelle génération, dans le but de générer des modèles de couches cellulaires normalisés in vitro, afin de quantifier, en temps réel et sans marquage, l’intégrité de la barrière endothéliale.Dans ces travaux de thèse, un modèle de monocouche cellulaire in vitro constitué de 3 hexagones a été fabriqué. Il s’agit d’une première preuve de concept qui confirme que la stratégie de contrôler géométriquement le confinement des cellules puis leur connectivité en optimisant les paramètres d’autoassemblage et d’adhésion, permet d’induire une monocouche cellulaire fonctionnelle comme modèle normalisé endothélial in vitro. Il s’agit d’une première brique pour la fabrication, in fine, d’un tissu endothélial plus complet constitué de plus d’hexagones, pour le développement de biopuces plasmoniques de nouvelle génération pour les diagnostics précoces de conditions pathologiques tel le sepsis.Ce doctorat est mené en cotutelle entre l’Université de Sherbrooke et l’Université Paris-Saclay. La fabrication des substrats d’or et des masques en chrome/quartz pour les techniques de photolithographie douce ainsi que le traitement des images sont effectués à l’Institut Interdisciplinaire de l’Innovation Technologique (3IT), l’expertise en imagerie plasmonique est fournie par le laboratoire Charles Fabry (LCF) à l’Institut d’Optique Graduate School en France (IOGS), et les expériences de chimie de surface, de microfabrication, de cultures cellulaires et de validation des biopuces sont effectuées au département de pharmacologie de Sherbrooke (IPS).

The integrity of the vascular endothelium depends on the cohesion of the endothelial cells that compose the cell monolayer. This cohesion is reinforced by endothelial junctions mainly composed of VE-cadherins. Quantifying the integrity of this cell layer is particularly important in the study and diagnosis of pathological conditions associated with inflammatory stress and exposure to bacterial toxins such as in the case of sepsis.Based on the association of these inflammatory conditions with a loss of integrity of the vascular endothelium, we suggest in this project the development and validation of next-generation plasmonic biochips, with the aim of generating models of normalized cell layers in vitro, in order to quantify, in real time and without labeling, the integrity of the endothelial barrier.In this thesis, an in vitro cell monolayer model consisting of 3 hexagons was fabricated. This is a first proof of concept which confirms that the strategy of geometrically controlling the confinement of cells and then their connectivity by optimizing the parameters of self-assembly and adhesion, makes it possible to induce a functional cell monolayer as a standardized endothelial model. in vitro. This is a first brick for the production, ultimately, of a more complete endothelial tissue made up of more hexagons, for the development of new generation plasmonic biochips for the early diagnosis of pathological conditions such as sepsis.This doctorate is carried out in joint supervision between the University of Sherbrooke and the University of Paris-Saclay. The manufacture of gold substrates and chrome/quartz masks for soft photolithography techniques as well as image processing are carried out at the Interdisciplinary Institute for Technological Innovation (3IT), expertise in plasmonic imaging is provided by the Charles Fabry laboratory (LCF) at the Institut d'Optique Graduate School in France (IOGS), and the surface chemistry, microfabrication, cell cultures and biochip validation experiments are carried out at the pharmacology department in Sherbrooke (IPS).