Réseau de neurones sur variétés et applications dans le domaine de la Santé
Le sujet de la thèse porte sur l’apprentissage profond géométrique (geometric deep learning) et son utilisation dans diverses applications liées à la Santé.
La fusion de ces deux domaines (géométrie et IA) est au cœur de la thèse avec la conception de réseaux SPDnet qui mêlent à la fois les techniques d’apprentissage end-to-end et des opérations mathématiques sur la variété des matrices symétriques définies positives.
La mise au point de ces méthodes d’un point de vue mathématique et informatique ainsi que leur application sur des bases de données publiques en Electro-Encéphalographie (EEG) font partie des objectifs de cette thèse.
Les résultats attendus sont de démontrer la supériorité de ces méthodes sur les approches courantes en BCI (Brain computer Interface) et d’identifier les configurations optimales pour différentes applications médicales avec des données multicapteurs ou encore en traitement d’images.
Conception d’un nouveau microscope light-sheet pour le suivi temporel d’organoïdes sur puce
Nous proposons dans cette thèse de développer un système de microscopie de fluorescence light-sheet pour caractériser optiquement des organoïdes en 3D et en carte microfluidique. La thèse se concentrera sur la mise au point d’un light-sheet miniaturisé et multi longueur d’onde, qui marche directement dans un incubateur cellulaire et qui pourra être utilisé pour la visualisation et le suivi morphologique/fonctionnel d’objets 3D optiquement complexes et diffusants. Le début du travail sera de bien comprendre l’impact de la miniaturisation sur la mise en forme du faisceau d’excitation à différentes longueurs d’onde et sur la qualité des images. Ensuite, la mise en forme du faisceau d’excitation pour aller le plus profondément possible dans l’échantillon biologique d’intérêt sera évaluée. Le système sera ensuite caractérisé en incubateur pour le suivi temporel des organoïdes sur puce et la caractérisation du système biologique vivant. Nous nous concentrerons principalement sur deux échantillons : des organoïdes pancréatiques en puce microfluidique et des organoïdes de cerveau en 3D. L’objectif sera de réaliser une imagerie pour permettre, en collaboration avec les biologistes, un suivi temporel de marqueurs spécifiques en fluorescence directement dans un incubateur cellulaire. Ce travail nous permettra de proposer des pistes d’intégration de fonctions optiques à l’intérieur d’une carte microfluidique pour le suivi 3D morphologique et fonctionnelle d’organoïdes sur puces.
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.