Plateforme microfluidique de lyse, tri et détection : vers un diagnostic rapide de la septicémie.

Microfluidic platform for lysis, sorting and detection : towards a rapid diagnosis of sepsis.

• Auteur / Autrice : Choayb Omar
• Direction : Isabelle Le potier, Anne-Marie Haghiri-Gosnet, Jean Gamby
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/01/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Le Pioufle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yong Chen, Benoît Charlot, Gaëlle Lissorgues
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yong Chen, Benoît Charlot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prélèvement d'échantillon sanguin

Micro-fabrication

Hémolyse

Bactériologie

Analyse électrochimique

Septicémie

Microfluidique

Diagnostic moléculaire

Mots clés libres

Diagnostic moléculaire

Préparation échantillon

Dispositif microfluidique

Septicémie

Détection électrochimique

Culture bactérienne

Molecular diagnosis

Sepsis

Electrochemical detection

Microfluidic platform

Sample pretreatment

Bacterial culture

Résumé

L’incidence de la septicémie est en augmentation et la mortalité des cas sévères est toujours majeure. L’antibiothérapie ne peut être adaptée qu’après 2 à 3 jours après le début du sepsis, car les résultats complets d’hémocultures positives comprenant la primo-culture, l’identification et l’antibiogramme nécessitent en général de 24h à 72h après le début de la septicémie. Être capable de détecter et caractériser l'agent pathogène directement dans l'échantillon de sang pour pouvoir administrer un traitement antibiotique adapté dans lesheures qui suivent le début du sepsis est donc un enjeu très actuel. Le but de mon doctorat était de développer une plateforme microfluidique multiplexe permettant d'effectuer la détection d'agents pathogènes responsables d'infections sévères et d'étudier leur résistance aux antibiotiques. Dans ce contexte, afin de faciliter l’extraction des agents pathogènes, nous avons développé un module de lyse qui permet de détruire spécifiquement les cellules sanguines alors que les bactéries restent viables. Nous avons également développé un module de tri pour trier les bactéries parmi les débris sanguins. Avec ce dispositif, nous avons réussi à trier non seulement des particules synthétiques choisies comme modèles (pureté ~ 99%) mais aussi des bactéries (pureté ~ 65%) avec un débit de 600 μL/min. Un troisième module pour la détection électrochimique multiplexée de plusieurs gènes de résistance a été développé dans cette thèse. Nous avons réussi à détecter un gène derésistance CTXM GP8, d'une vingtaine de paires de bases, en 30 minutes avec une limite de détection de 10-16 M, sans amplification PCR.

The incidence of sepsis is increasing and the mortality of severe cases is always greater. Antibiotic therapy can only be adapted after 2-3 days after the beginning of sepsis, as complete results of positive blood cultures, including primary culture, identification and antimicrobial susceptibility, typically require 3 days. Being able to detect and characterize the pathogen directly in the blood sample in order to administer a suitable antibiotic treatment after only a few hours is therefore a real challenge. The goal of my PhD was to develop a microfluidic platform capable of detecting multiple pathogens responsible for severe infections and analyzing their resistance to antibiotics. To achieve this, we designed a lysis module that specifically breaks down blood cells while preserving the viability of bacteria. We also created a sorting module to separate the bacteria from the blood debris with high purity (approximately 99% for particles and 65% for bacteria) at a flow rate of 600 μL/min. Lastly, we developed a module for multiplexed electrochemical detection of various resistance genes. We successfully detected the CTXM GP8resistance gene, which is 20 base pairs long, within 30 minutes with a detection limit of 10-16 M without PCR amplification.