Caractérisation de la récupération motrice au cours d’un processus de rééducation guidé par BCI
Cette thèse explore l’utilisation des interfaces cerveau-machine (BCI) implantées pour la rééducation motrice des patients ayant subi un AVC. Le projet repose sur la technologie WIMAGINE de Clinatec, permettant de mesurer l’activité cérébrale par électrocorticographie (ECoG) afin de décoder avec précision l’intention motrice des patients. L’utilisation de cette technologie dans le cadre d’un protocole de rééducation devrait favoriser l’amélioration des capacités motrices résiduelles des patients par plasticité neuronale. Dans ce cadre, la thèse vise à mettre en œuvre le protocole de rééducation avec les équipes techniques et cliniques en place à Clinatec et caractériser la récupération motrice des patients au cours des entraînements, d’un point de vue comportementale et cérébrale. L’étude comprendra une revue des approches existantes en rééducation assistée par BCI, la conception d’outils de suivi des progrès moteurs et de mesure des indicateurs cérébraux de plasticité neuronale ainsi que l’optimisation des séances de rééducation en fonction des performances motrices des patients. La progression motrice et neuronale des patients sera finalement étudiée de façon longitudinale sur neuf mois, puis lors d’un suivi prolongé de deux ans pour évaluer la durabilité des bénéfices. Ce projet, soutenu par le ministère de la Recherche et l’UE, offre une opportunité unique d’établir les bases d’un nouveau paradigme de rééducation post-AVC via les BCI implantées.
Développement d’un système d’encapsulation multicouche pour la production de microcapsules cœur-coque adaptées à la croissance et la maturation d’organoïdes
Chaque année, 20 millions de personnes dans le monde sont diagnostiquées avec un cancer, 9.7 millions en décèdent (Kocarnik et al., 2021). La personnalisation du traitement pourrait fortement diminuer le nombre de décès. La thèse aborde cette thématique en proposant le développement d’organoïdes issus de biopsie de patients sur lesquels le traitement sera optimisé. La bioproduction de cellules encapsulées dans des bio-polymères est un domaine en pleine expansion pour la médecine personnalisée mais aussi pour la recherche et le criblage de médicaments, les thérapies cellulaires et la bio-ingénierie. Cette thèse s’inscrit dans ces domaines d’application à travers l’encapsulation multicouche de cellules dans des biopolymères à large gamme de viscosité.
La couche interne (cœur) offre un environnement optimal à la maturation et survie des cellules ou organoïdes et la couche externe assure une protection (coque) mécanique et une barrière filtrante contre les agents pathogènes.
Cette nouvelle thèse se propose de développer et d’étudier analytiquement et numériquement l’architecture d’une buse d’éjection à double compartiments pour la production haute fréquence de capsules cœur-coque monodisperses. Elle s’inscrit dans la continuité d’une thèse terminée en 2023 qui a permis d’étudier, de caractériser en détails et de développer un modèle prédictif pour la génération de microcapsules monocouches uniquement par force centrifuge.
Les mécanismes de formation et d’éjection des capsules multicouches sont complexes. Ils font intervenir les propriétés rhéologiques du bio-polymère, la force centrifuge, la tension de surface et les interfaces. L’architecture de la buse d’éjection devra prendre en compte ces propriétés. Un premier volet de cette thèse sera de mieux comprendre les mécanismes de formation multicouche et d’éjection des microcapsules en fonction de la géométrie de la buse d’éjection sélectionnée et ainsi pouvoir prédire et contrôler cette formation en fonction des propriétés rhéologiques du/des bio-polymère(s). Un second volet sera le développement d’un système automatisé permettant la production aseptique des capsules. Enfin, une validation biologique permettra de valider la technologie développée. Pour répondre aux objectifs de ce sujet d’étude, le candidat devra dans un premier temps mener une étude analytique et numérique, dessiner les buses d’éjection et s’appuyer sur le savoir-faire du laboratoire pour les fabriquer. Il fera des tests fluidiques sur des maquettes et optimiser le design afin de concevoir et tester un prototype de formation de microcapsules.
Le candidat doit avoir une formation en physique, en ingénierie et en mécanique des fluides avec un talent particulier pour les approches expérimentales. Une première expérience en microfluidique / biologie serait un atout.
Nouvel outil de diagnostic rapide pour la septicémie : biopuce microfluidique pour la détection multicible par amplification isotherme
Le sepsis est l’une des principales causes de mortalité dans le monde qui résulte généralement d’une infection bactérienne mais peut être aussi causé par des virus, des champignons ou des parasites. Un diagnostic rapide est essentiel pour une prise en charge efficace et augmenter les chances de survie du patient. Il existe des solutions commerciales de détection d’acides nucléiques par qPCR capable de détecter plusieurs cibles. Cependant ces techniques sont limitées par le nombre de canaux de fluorescence disponible sur l’instrument ou par le nombre de chambre de lecture. Ces techniques d’amorces LAMP (amplification isotherme en temps réel) spécifiques sur un support solide tel que le COC ou le verre.
Les résultats attendus sont l’élaboration d’une biopuce permettant de détecter en temps réel et en quelques minutes fragmentent l’échantillon pour pouvoir être multiplexe, ce qui conduit à une perte de sensibilité.
Pour répondre à la question : comment détecter plusieurs cibles sans perdre en sensibilité ? Le doctorant devra réaliser dans une unique chambre réactionnelle, une détection multiplexe par régionalisation plusieurs ADN cibles, comprenant : le design et le choix des amorces, l’immobilisation des amorces par fonctionnalisation de surface, l’intégration en carte micro fluidique et le traitement des données pour la détection par fluorescence de sondes spécifiques des cibles.
Cette innovation technologique, permettra au doctorant d’acquérir de solides compétences dans divers domaines tels que la biologie moléculaire, la fonctionnalisation de surface, la modélisation et la simulation tout en s’inscrivant dans une équipe pluridisciplinaire.
Suivi en ligne des procédés de bio-production par imagerie holographique 3D
La culture des cellules adhérentes sur microcarriers (MCs) est un moyen prometteur pour différentes applications en bioproduction, comme la fabrication et l'administration de biomédicaments, la médecine régénérative, ou le suivi de la différenciation cellulaire. Cependant, elle pose des défis majeurs pour l’analyse des cellules sans affecter l’intégrité du substrat. L’imagerie holographique sans lentille se présente comme une solution prometteuse, capable de capturer des images de cellules sur un grand champ de vue sans aucune étape biochimique supplémentaire.
Cette thèse propose de développer un système d’imagerie holographique 3D pour le suivi des cellules sur MCs en temps quasi-réel, avec des algorithmes avancés pour la reconstruction et l’analyse d’images. Ce système sera intégré dans des bioréacteurs en ligne, testant sa précision et sa robustesse sur des cultures biologiques variées. L’utilisation de l’apprentissage profond permettra la segmentation et l'analyse des cellules en temps quasi-réel, facilitant ainsi le suivi des dynamiques cellulaires. Ce projet innovant promet d'optimiser les procédés biologiques en offrant une vision non invasive des échantillons multicellulaires en 3D, avec des applications potentielles comme le suivi d’organes-sur-puce et de systèmes cellulaires complexes.
Sperm 3D - Outil de diagnostic de l'infertilité masculine utilisant l'holographie pour l'imagerie et le suivi en 3D
L'infertilité est un problème croissant dans tous les pays développés. Les méthodes standard de diagnostic de la stérilité masculine examinent la concentration, la mobilité et les anomalies morphologiques des spermatozoïdes individuels. Cependant, un cas d'infertilité masculine sur cinq reste inexpliqué avec les outils de diagnostic standard.
Dans cette thèse, nous explorerons la possibilité de déterminer les causes de l'infertilité masculine à partir de l'analyse détaillée des trajectoires 3D et de la morphologie des spermatozoïdes nageant librement dans un environnement imitant les conditions de l'appareil reproducteur féminin. Pour cette tâche difficile, nous développerons un microscope spécialisé basé sur l'holographie pour l'imagerie rapide et le suivi des spermatozoïdes individuels. Outre les méthodes numériques classiques, nous utiliserons des algorithmes d'intelligence artificielle modernes pour améliorer la qualité de l'imagerie et pour analyser les données multidimensionnelles.
Tout au long du projet, nous collaborerons étroitement avec un institut de recherche médicale (CHU/IAB) spécialisé dans les technologies de reproduction assistée (ART). Nous examinerons des échantillons de patients réels afin de développer un nouvel outil pour le diagnostic de l'infertilité masculine.
Détection d'oeufs de parasites par imagerie sans lentilles grand champ assistée par intelligence artificielle
Dans la plupart des cycles parasitaires, la phase libre passe par un stade d'œuf, qui est libéré par l'hôte dans l'environnement via une matrice fécale complexe, qui présente des concentrations d'œufs très variables et souvent faibles. La méthode de détection classique repose sur l’observation microscopique de ces œufs, ce qui implique une préparation fastidieuse et longue de l'échantillon pour concentrer les œufs, avec des valeurs de sensibilité très variables. Cette détection est cruciale car une fois dispersés, les œufs contaminent l'environnement et les denrées alimentaires, entraînant des cas de zoonoses parasitaires chez l'homme.
La détection dans les matrices environnementales et alimentaires est encore plus complexe que pour les matières fécales en raison du très faible nombre d'œufs présents : 1 à 10 par échantillon dans la grande majorité des cas. La thèse vise à développer un système d'imagerie sans lentille grand champ, qui permettra de compter et d'identifier des œufs de parasites dans des matrices complexes, tout en augmentant la sensibilité. Cela permettra d'automatiser la détection, ouvrant ainsi des perspectives d'investigation sur un plus grand nombre d’échantillons, pour une meilleure veille sanitaire.