Technologie pour la fécondation in vitro : plateforme microfluidique d'accueil et de caractérisation non invasive d’embryons

L'infertilité touche 17,5% des couples en âge de procréer. Les techniques de Procréation Médicalement Assistée (PMA), telles que la fécondation in vitro (FIV), sont des procédures couteuses et complexes qui nécessitent du matériel de pointe et une main d’œuvre hautement qualifiée. Les manipulations successives des embryons sont sources de stress pouvant impacter la qualité et la viabilité des embryons. Mais les anomalies de développement et les fausses couches sont principalement causées par les anomalies chromosomiques de nombre ou aneuploïdies. Celles-ci peuvent être détectées par le diagnostic pré-implantatoire des aneuploïdies (DPI-A) suivi du séquençage haut-débit (NGS). Cependant, le DPI-A reste complexe et invasif, avec la biopsie embryonnaire, pouvant avoir des implications sur le développement de l’embryon.
La problématique à laquelle le doctorant devra répondre est la suivante : peut-on concevoir une alternative technologique permettant à la fois la culture automatisée d'embryons issus de fécondation in vitro (FIV) et leur sélection par des méthodes non invasives ? Le projet se focalisera sur l'automatisation des manipulations embryonnaires en minimisant le stress mécanique, ainsi que sur l'extraction du milieu extra-embryonnaire pour l'analyse des ADN circulants.
Les résultats escomptés incluent une plateforme microfluidique automatisée permettant la manipulation des embryons sans intervention humaine, l'extraction du milieu extra-embryonnaire pour l'analyse des aneuploïdies par séquençage, et la construction des bases de programme pour les technologies microfluidiques appliquées à la FIV.

Prélèvement transcutané de biomarqueurs gazeux

La progression de la médecine ambulatoire nécessite le développement de dispositifs médicaux portés sur la personne. Les gaz exhalés comme les gaz transcutanés sont connus pour véhiculer des biomarqueurs représentatifs de pathologies dont le suivi en médecine ambulatoire serait un réel outil de diagnostic et de monitoring. Cependant le suivi en continu des gaz exhalés est inapproprié aux activités de la vie quotidienne, contrairement au suivi des gaz transcutanés qui pourrait être effectué discrètement sans perte de mobilité, par exemple avec un dispositif placé sur l’avant- bras. Par ailleurs mis à part le dioxygène et le dioxyde de carbone, la plupart des biomarqueurs présents dans les gaz transcutanés sont en concentrations très faibles, ils sont donc difficilement détectables. Une façon de contourner cette faible concentration est de réaliser une étape de pré-concentration, c’est-à-dire d’accumuler au cours du temps, et donc de concentrer, suffisamment de molécules pour qu’elles soient plus facilement détectables et mesurables.
L’objectif de cette thèse est donc de développer et d’optimiser un dispositif de prélèvement avec une pré-concentration des gaz transcutanés. Les travaux consisteront notamment à modéliser les échanges gazeux entre la peau et le dispositif afin d’optimiser l’efficacité de la pré-concentration. Le modèle sera confronté aux résultats expérimentaux obtenus avec le prototype développé et l’utilisation de moyens analytiques commerciaux.
Ce sujet requiert une personne très motivée avec des compétences en modélisation et en instrumentation. Des compétences en conception mécanique de dispositifs médicaux seraient un plus.

Dispositif de Monitoring du liquide interstitiel couplant microaiguilles creuses et microfluidique capillaire

Le liquide interstitiel (ISF) est le fluide qui occupe l'espace entre les capillaires sanguins et les cellules. L’ISF est constitué principalement d’eau, sels, sucres, hormones, neurotransmetteurs, CO2 et acides gras. Il est particulièrement intéressant puisqu’il est décrit comme un filtrat du plasma mais plus accessible que le sang pour un suivi en continu. Le monitoring en continu de l’ISF est visé par exemple pour le suivi du cortisol (marqueur du stress, dont le rythme circadien rend le suivi en continu très intéressant), les hormones sexuelles (PMA) ainsi que d'autres biomarqueurs permettant le suivi de l'état de santé d'un patient. L’objectif de cette thèse est de réaliser un dispositif porté de prélèvement de l'ISF, qui co-intègre des microaiguilles creuses biocompatibles voir résorbables et une partie microfluidique capillaire. A terme, ce type de système sera combinable avec différents types de capteurs en sortie de fluidique pour différentes applications telles que le monitoring du rythme circadien du cortisol pour le suivi du stress et du stress post-traumatique. Trois verrous et points de vigilance devront être abordés dans cette thèse : (a) Un des verrous principaux réside dans la gestion des très faibles débits en microfluidique passive (débits de l’ordre du nL/min), (b)Technologiquement, le procédé de fabrication des microaiguilles creuses résorbables avec une gestion fine de l’état de surface de l’intérieur du canal (pour favoriser la capillarité) sera également un axe important de l’étude, (c) Enfin, le procédé sera évalué et amélioré au regard de l’éco-circularité.

Stratégie de capture multi-cibles pour des analyses en microsystème

La recherche de bio marqueurs et de pathogènes dans des échantillons biologiques est généralement limitée par la préparation de ces échantillons après qu’ils aient été recueillis. De plus la phase de détection, lorsqu’elle repose sur une réaction de capture anticorps-antigène, au sein des biocapteurs peut être difficile à optimiser. Si l’approche qui consiste à fonctionnaliser une paroi pour capturer des molécules ou des particules en écoulement dans un micro canal paraît simple au premier regard, les résultats ne sont pas toujours à la hauteur des attentes. D’un côté, la capture des molécules est un problème de convection-diffusion ; d’un autre côté, la capture des particules en écoulement doit également prendre en compte les distributions de pression sur celles-ci. Ainsi le sujet de thèse proposé s’inscrit dans un projet d’étude de la capture et la concentration de tout type de cible biologique et biochimique au sein de microsystèmes fluidiques pour dégager des critères de dimensionnement optimaux de ceux-ci.

Le projet de thèse explorera, pour commencer, les modèles de capture de cibles biochimiques et biologiques au sein d’un écoulement en micro-canal. L’objectif de cette tâche est de préciser les conditions optimales et communes à la capture de toutes les cibles d’intérêts. Parmi toutes les configurations possibles, le maintien de billes fonctionnalisées dispersées en volume par un champ adéquat sera privilégié car attendu comme optimal. Cette configuration fera l’objet, dans la thèse, d’une attention particulière d’autant qu’elle se prête à une mise en œuvre microfluidique originale notamment dans l’étude d’organoïdes sur puces pour capturer, concentrer et suivre leurs sécrétions.

Le laboratoire recherche pour ce projet un(e) étudiant(e) motivé(e) par un travail expérimental en microfluidique sous-tendu par une compréhension fine des phénomènes physiques en jeu. En complément une connaissance des tests classiques de biologie moléculaire et des tests immunologiques sera appréciée. Des compétences en simulation numérique sont également un atout pour candidater au sujet proposé.

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