Développement d'une biopuce compatible avec la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) et avec la résonance plasmonique de surface (SPR) pour la caractérisation des vésicules extracellulaires

Development of a biochip compatible with surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and surface plasmon resonance (SPR) for the characterization of extracellular vesicles

• Auteur / Autrice : Mohamed Kouryani
• Direction : Franck Chollet, Benjamin Brunel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nano Sciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Micro Nano Sciences et Systèmes (MN2S)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Vésicules extracellulaires

Spectroscopie Rama

Spectroscopie Raman avec exaltation de surface (SERS)

Résonance plasmonique de surface (SPR)

Nanofabrication

Extracellular vesicles

Raman spectroscopy

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)

Surface plasmon resonance (SPR)

Nanofabrication

Résumé

Les vésicules extracellulaires (EVs) sont des nanovésicules émises par les cellules. Elles suscitent un intérêt tant dans le domaine thérapeutique en tant que vecteur de substances actives que dans le diagnostic. Le groupe Nano2BIO de l'Institut FEMTO-ST (Besançon) a développé ces dernières années une puce biochimique multiplex pour caractériser les EVs avec des méthodes complémentaires telles que la microscopie à force atomique (AFM) et l'imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRi). Cette thèse vise à intégrer la spectroscopie Raman aux méthodes de caractérisation, fournissant des informations moléculaires sur la composition de la membrane des EVs et leur contenu. L'objectif est de développer une puce biochimique compatible avec l'AFM et la SPRi qui améliore le signal Raman (spectroscopie Raman amplifiée en surface - SERS). Le développement partira de puces réalisées par l'équipe dans des travaux antérieurs. Ces substrats étaient constitués d'une lame de verre sur laquelle des nanoparticules d'or avaient été déposées par évaporation thermique avec recuit. Ensuite, les paramètres de dépôt seront modifiés pour changer les nanoparticules d'or et augmenter l'amplification Raman. L'AFM sera utilisée pour caractériser la surface des puces, et la diffusion Raman exaltée de surface sera testée avec du bleu de méthylène. Ensuite, une deuxième version de la puce sera développée, pour la rendre compatible avec la SPRi (plasmon de surface), en modifiant la couche d'or. Un compromis sera cherché entre la sensibilité obtenue en SPRi et l'exaltation du signal Raman. Tout au long de son développement, la puce sera testée pour caractériser des sous-populations d'EVs provenant de cellules exposées à différentes conditions. L'objectif est d'identifier les modifications induites afin de comprendre les mécanismes biologiques sous-jacents et d'évaluer le potentiel des EVs à des fins de diagnostic à l'aide d'outils d'apprentissage automatique. Les liposomes seront également étudiés pour mieux comprendre la signature Raman des EVs. Alors que les EVs seront initialement adsorbées sur la biopuce, l'objectif est de parvenir à leur immunocapture. Différentes chimies de surface seront testées et leur impact sur le signal Raman sera examiné.

Extracellular vesicles (EVs) are nanovesicles released by cells. They are of interest both in the therapeutic field, as vectors for active substances, and in diagnostics. In recent years, the Nano2BIO group at the FEMTO-ST Institute (Besançon) has developed a multiplex biochemical chip to characterize EVs using complementary methods such as atomic force microscopy (AFM) and surface plasmon resonance imaging (SPRi). This thesis aims to integrate Raman spectroscopy with these characterization methods, providing molecular information on the membrane composition of EVs and their contents. The aim is to develop a biochemical chip compatible with AFM and SPRi that enhances the Raman signal (surface amplified Raman spectroscopy - SERS). The development will be based on chips produced by the team in previous work. These substrates consisted of a glass slide onto which gold nanoparticles had been deposited by thermal evaporation with annealing. Next, the deposition parameters will be modified to change the gold nanoparticles and increase Raman amplification. AFM will be used to characterize the chip surface, and surface exaltation of Raman scattering will be tested with methylene blue. A second version of the chip will then be developed, to make it compatible with SPRi (surface plasmon), by modifying the gold layer. A compromise will be sought between the sensitivity obtained with SPRi and the exaltation of the Raman signal. Throughout its development, the chip will be tested to characterize subpopulations of EVs from cells exposed to different conditions. The aim is to identify the modifications induced in order to understand the underlying biological mechanisms, and to assess the potential of EVs for diagnostic purposes using machine learning tools. Liposomes will also be studied to better understand the Raman signature of EVs. While EVs will initially be adsorbed onto the biochip, the aim is to achieve immunocapture. Different surface chemistries will be tested and their impact on the Raman signal examined.