Les approches traditionnelles d’analyse cellulaire comme les tests ELISA, basées sur des mesures moyennes à l’échelle de populations, masquent l’hétérogénéité de sécrétions des cellules. En effet, même au sein de groupe phénotypiquement similaires, une variabilité de sécrétion existe, influençant fortement les fonctions biologiques et les réponses aux signaux moléculaires. Comprendre quand, où et comment les cellules sécrètent des cytokines reste un défi majeur, car ces signaux biochimiques sont produits de manière transitoire, localisée, en très faibles quantités et de façon hétérogène d’une cellule à l’autre, rendant indispensable leur étude à l’échelle de la cellule unique.
Cette thèse s’inscrit dans cette perspective en visant le développement d’une plateforme microanalytique destinée à capter et analyser localement les sécrétions de cellules individuelles. Pour ce faire, un biocapteur microfluidique basé sur un substrat de silicium combinant l’utilisation de polymères conducteurs pour la fonctionnalisation et de l’électrochimiluminescence (ECL) pour la révélation est développé. Le silicium, matériau de référence en microfabrication, a été choisi comme support pour sa compatibilité avec les procédés lithographiques. Toutefois, ses propriétés semi-conductrices et sa tendance à se passiver en milieu aqueux nécessitent l’ajout d’une couche conductrice fonctionnelle. Ainsi, des films de polythiophène et des copolymères fonctionnalisés ont été préparés par électropolymérisation sur des substrats de silicium pour servir d’interface électrochimique active.
Dans un premier temps, les conditions d’électropolymérisation ont été optimisées pour obtenir des films stables et électroactifs sur silicium. Leur capacité à immobiliser des sondes biologiques (biotine, ADN) a ensuite été démontrée grâce à une révélation en microscopie de fluorescence. La faisabilité de la détection d’interactions biomoléculaires par électrochimiluminescence (ECL) sur ces surfaces a été ensuite évaluée. Si les surfaces fonctionnalisées par des polymères permettent une détection spécifique en ECL, elles présentent cependant des limitations importantes en termes de stabilité du signal et de nombre d’interrogations possibles. Face à cela, une stratégie complémentaire a été explorée dans laquelle les interactions biologiques sont relocalisées sur des billes magnétiques fonctionnalisées. En parallèle, une plateforme microfluidique a été simulée numériquement puis conçue afin de capter et d’isoler des objets de dimension cellulaire (environ 10 µm). Les simulations ont permis d’optimiser les géométries et les conditions d’écoulement pour garantir la stabilité du piégeage individuel de ces particules. Ce dispositif a ensuite été fabriqué et validé expérimentalement.
Même si le chemin à parcourir est encore significatif, cette étude a permis d’affiner les choix technologiques à mettre en œuvre pour développer des dispositifs microfluidiques intégrant les fonctions de capture individualisée de multiples cellules en vue d’étudier leur activité sécrétrice individuelle. ​​​
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Contact : Aurelie Bouchet-S​pinelli

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