Développement de capteurs électrochimiques pour le diagnostic des infections sanguines

Development of electrochemical sensors for bloodstream infection diagnostic

• Auteur / Autrice : Thibaut Babin
• Direction : Pascal Mailley
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, électrochimie, génie civil
• Date : Soutenance le 06/04/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Chantal Gondran
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Griveau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brigitte Lamy, Sophie Griveau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs électrochimiques

Diagnostic biologique

Hémoculture

Mots clés libres

Hémoculture

Diagnostic in vitro

Capteurs électrochimiques

Apprentissage machine

Identification sans marquage

Blood culture

In vitro diagnostic

Electrochemical sensors

Machine Learning

Label-Free identification

Résumé

L'hémoculture est le test de référence pour détecter les infections du sang, des pathologies très répandues et potentiellement fatales. Le délai entre l’apparition des symptômes et l’administration d’un traitement adapté est donc une donnée cruciale. Pour effectuer une hémoculture, un équipement lourd et coûteux est nécessaire mais n’offre qu'une réponse binaire (infecté ou stérile) sur l'état du sang prélevé. Le temps de transport entre le lieu de prélèvement et le laboratoire est un temps perdu pour le diagnostic, entraînant un retard dans les choix thérapeutiques.Cette thèse a cherché à évaluer l’intérêt du suivi électrochimique d'une d'hémoculture. Dans un premier temps, un prototype de flacon instrumenté par un réseau de capteurs électrochimiques a été développé. De nombreuses espèces bactériennes et fongiques ont pu ainsi être testées.Les mesures potentiométriques obtenues ont permis d’obtenir une réponse multiparamétrique, assurant la détection sans avoir recours à un automate centralisé et complexe. De plus, ces signaux ont pu être exploités par apprentissage machine afin d’identifier le pathogène détecté, sans manipulation ou réactif chimique. Cette technologie permettrait donc de valoriser le temps de transport et d’automatiser les premières étapes d’identification pour générer un diagnostic pertinent dans les meilleurs délais.Les derniers travaux effectués pendant ce doctorat ont permis d’étudier les phénomènes biologiques et chimiques mis en jeu lors de la détection et l’identification. Ces résultats ouvrent la voie à de nombreuses applications et thématiques de recherche, notamment dans le domaine des biofilms bactériens.

Blood culture is the gold standard for detecting bloodstream infections, which are widespread and potentially fatal. The time between the appearance of symptoms and the administration of appropriate treatment is therefore crucial. To perform a blood culture, cumbersome and expensive equipment is required but only offers a binary answer (infected or sterile) on the condition of the collected blood. The transport time between the collection site and the laboratory is time lost for diagnosis, resulting in a delay in therapeutic choices.This thesis aimed at evaluating the interest of electrochemical monitoring of a blood culture. First, a prototype of blood culture bottle instrumented by an electrochemical sensor array was developed. Many bacterial and fungal species were tested.The potentiometric measurements provided a multiparametric response, ensuring the detection without having to use a centralized and complex automaton. Moreover, these signals could be exploited by machine learning in order to identify the detected pathogen, without manipulation or chemical reagent. This technology would thus allow to valorize the transport time and to automate the first steps of identification to generate a relevant diagnosis in the shortest time.The last works carried out during this thesis allowed to study the biological and chemical phenomena involved during the detection and identification. These results open the way to numerous applications and research themes, particularly in the field of bacterial biofilms.