Développement d'un dispositif microfluidique ...
Type de document :
Thèse
Titre :
Développement d'un dispositif microfluidique pour la photoporation de cellules biologiques à hauts débits
Titre en anglais :
Devlopment of a microfluidic device for high throughput photoporation of biological cells
Auteur(s) :
Layachi, Majid [Auteur]
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN]
Bio-Micro-Electro-Mechanical Systems - IEMN [BIOMEMS - IEMN]
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN]
Bio-Micro-Electro-Mechanical Systems - IEMN [BIOMEMS - IEMN]
Directeur(s) de thèse :
Vincent Thomy
Emmanuel Courtade
Emmanuel Courtade
Date de soutenance :
2021-01-27
Président du jury :
Fabrizio Cleri [Président]
Chantal Pichon [Rapporteur]
Marie-Pierre Rols [Rapporteur]
Kevin Braeckmans
Cyril Lafon
Guillaume Lajoinie
Anthony Treizebré
Chantal Pichon [Rapporteur]
Marie-Pierre Rols [Rapporteur]
Kevin Braeckmans
Cyril Lafon
Guillaume Lajoinie
Anthony Treizebré
Membre(s) du jury :
Fabrizio Cleri [Président]
Chantal Pichon [Rapporteur]
Marie-Pierre Rols [Rapporteur]
Kevin Braeckmans
Cyril Lafon
Guillaume Lajoinie
Anthony Treizebré
Chantal Pichon [Rapporteur]
Marie-Pierre Rols [Rapporteur]
Kevin Braeckmans
Cyril Lafon
Guillaume Lajoinie
Anthony Treizebré
Organisme de délivrance :
Université de Lille
École doctorale :
École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
NNT :
2021LILUI024
Mot(s)-clé(s) :
Photoporation
Nano-Bulles de vapeur
Nano-Bulles de vapeur
Mot(s)-clé(s) en anglais :
Photoporation
Plasmonic nanobubble
High-trhoughput intracellular delivery
Nanoparticle micro-positionning
Plasmonic nanobubble
High-trhoughput intracellular delivery
Nanoparticle micro-positionning
Discipline(s) HAL :
Sciences de l'ingénieur [physics]/Micro et nanotechnologies/Microélectronique
Résumé :
La transfection de cellules vise à injecter du matériel génétique dans des cellules biologiques vivantes. L'incorporation intracellulaire de molécules exogènes est un processus nécessaire en diagnostique et une étape clef ...
Lire la suite >La transfection de cellules vise à injecter du matériel génétique dans des cellules biologiques vivantes. L'incorporation intracellulaire de molécules exogènes est un processus nécessaire en diagnostique et une étape clef dans la thérapie génique. Ces enjeux nécessitent des performances en terme d'efficacité (cellules viables positives), de qualité (incorporation) et de rendement (cadence de traitement). Des recherches sur les mécanismes limitant l'incorporation naturelle de macromolécules (endocytose) sont menées et des techniques sont développées pour surmonter les barrières cellulaires et réaliser le transfert intracellulaire de manière contrôlée. Cependant, ces systèmes biologiques, chimiques ou physiques présentent certains inconvénients. La photoporation par intermédiaire de nanoparticules d'or (AuNP) réalise néanmoinsdes performances intéressantes en perméabilisant les membranes cellulaires grâce à des nano-bulles de vapeur (VNB) générées par laser. Une nouvelle approche est présentée ici de photoporation en environnement microfluidique dans le but d'améliorer le rendement et de garantir la séparation entre les cellules et les AuNP afin d'obtenir un échantillon sans éléments cytotoxiques.Nous avons développé un nouveau système opto-fluidique intégrant des AuNP en suspension pour générer des VNB au voisinage des cellules. Cette méthode permet un rendement et un taux de transfection élevés et réduit la cytotoxicité de la transfection. L'approche permet le contrôle de la distance entre cellules et AuNP. En l'état, le rendement du dispositif peut atteindre 10³ à 10⁴ cell. /min . Surtout, la séparation réalise une meilleure viabilité des cellules photoporées en comparaison avec la méthode sans séparation (80% contre 40%) mais réduit le taux de transfection (30% contre 50%) : l'augmentation de la distance améliore la viabilité. Outil rhéologique ou de transfection, ce dispositif est une étape supplémentaire vers la transfection efficace et bio-compatible de cellule unique, un atout majeur pour le développement clinique des nouvelles thérapies cellulaires.Lire moins >
Lire la suite >La transfection de cellules vise à injecter du matériel génétique dans des cellules biologiques vivantes. L'incorporation intracellulaire de molécules exogènes est un processus nécessaire en diagnostique et une étape clef dans la thérapie génique. Ces enjeux nécessitent des performances en terme d'efficacité (cellules viables positives), de qualité (incorporation) et de rendement (cadence de traitement). Des recherches sur les mécanismes limitant l'incorporation naturelle de macromolécules (endocytose) sont menées et des techniques sont développées pour surmonter les barrières cellulaires et réaliser le transfert intracellulaire de manière contrôlée. Cependant, ces systèmes biologiques, chimiques ou physiques présentent certains inconvénients. La photoporation par intermédiaire de nanoparticules d'or (AuNP) réalise néanmoinsdes performances intéressantes en perméabilisant les membranes cellulaires grâce à des nano-bulles de vapeur (VNB) générées par laser. Une nouvelle approche est présentée ici de photoporation en environnement microfluidique dans le but d'améliorer le rendement et de garantir la séparation entre les cellules et les AuNP afin d'obtenir un échantillon sans éléments cytotoxiques.Nous avons développé un nouveau système opto-fluidique intégrant des AuNP en suspension pour générer des VNB au voisinage des cellules. Cette méthode permet un rendement et un taux de transfection élevés et réduit la cytotoxicité de la transfection. L'approche permet le contrôle de la distance entre cellules et AuNP. En l'état, le rendement du dispositif peut atteindre 10³ à 10⁴ cell. /min . Surtout, la séparation réalise une meilleure viabilité des cellules photoporées en comparaison avec la méthode sans séparation (80% contre 40%) mais réduit le taux de transfection (30% contre 50%) : l'augmentation de la distance améliore la viabilité. Outil rhéologique ou de transfection, ce dispositif est une étape supplémentaire vers la transfection efficace et bio-compatible de cellule unique, un atout majeur pour le développement clinique des nouvelles thérapies cellulaires.Lire moins >
Résumé en anglais : [en]
Cell transfection aims at introducing foreign material inside a biological living cell. This intracellular drug transport process is at the heart of many diagnosis procedures and a key step in gene therapy. In view of these ...
Lire la suite >Cell transfection aims at introducing foreign material inside a biological living cell. This intracellular drug transport process is at the heart of many diagnosis procedures and a key step in gene therapy. In view of these stakes, high performances are of importance, namely the success rate (positive and viable cells), the quality (uptake) and the throughput (treatment rate). Research has been conducted to understand how the spontaneous uptake of macromolecules (endocytosis) is limited while workarounds to bypass cell barriers for controlled intracellular drug release has received consistentpayoff. However, up-to-date techniques mimicking bioelements or introducing physical means suffer several drawbacks. Nevertheless, Gold nanoparticle (AuNP) mediated photoporation has stood out as a promising tool to permeabilize cellmembranes through laser induced Vapour NanoBubble (VNB) generation. Based on these VNBs, a novel microfluidic approach is presented in this work, offering high throughput prospects with no contact with AuNPs to retrieve AuNP-freetreated viable cells.We set up a new optofluidic experiment integrating the use of advected AuNPs to achieve VNB generation near suspended cells. This method allows high throughput, high efficiency and low cytotoxicity drug delivery. Based on hydrodynamic focusing, the approach allows the control and tuning of the cell-to-AuNP distance. With the optical setup used, throughput ranging from 10³ to 10⁴ cells /min can be achieved. Interestingly, it yields a better viability than the mixed AuNP-cell (80% vs. 40%). As a matter of fact, viability increases with distance whereas transfection rate decreases (30% vs 50%). Both a transfection and a rheological tool, our optofluidic device is a bridge toward triggered single cell transfection, circumventing barriers to the clinical deployment of emerging cellular therapies.Lire moins >
Lire la suite >Cell transfection aims at introducing foreign material inside a biological living cell. This intracellular drug transport process is at the heart of many diagnosis procedures and a key step in gene therapy. In view of these stakes, high performances are of importance, namely the success rate (positive and viable cells), the quality (uptake) and the throughput (treatment rate). Research has been conducted to understand how the spontaneous uptake of macromolecules (endocytosis) is limited while workarounds to bypass cell barriers for controlled intracellular drug release has received consistentpayoff. However, up-to-date techniques mimicking bioelements or introducing physical means suffer several drawbacks. Nevertheless, Gold nanoparticle (AuNP) mediated photoporation has stood out as a promising tool to permeabilize cellmembranes through laser induced Vapour NanoBubble (VNB) generation. Based on these VNBs, a novel microfluidic approach is presented in this work, offering high throughput prospects with no contact with AuNPs to retrieve AuNP-freetreated viable cells.We set up a new optofluidic experiment integrating the use of advected AuNPs to achieve VNB generation near suspended cells. This method allows high throughput, high efficiency and low cytotoxicity drug delivery. Based on hydrodynamic focusing, the approach allows the control and tuning of the cell-to-AuNP distance. With the optical setup used, throughput ranging from 10³ to 10⁴ cells /min can be achieved. Interestingly, it yields a better viability than the mixed AuNP-cell (80% vs. 40%). As a matter of fact, viability increases with distance whereas transfection rate decreases (30% vs 50%). Both a transfection and a rheological tool, our optofluidic device is a bridge toward triggered single cell transfection, circumventing barriers to the clinical deployment of emerging cellular therapies.Lire moins >
Langue :
Français
Source :
Fichiers
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