Description

La détection in vitro de marqueurs pathogènes ou biomarqueurs, protéines ou d'acides nucléiques, est cruciale pour le diagnostic de nombreuses pathologies, telles que les maladies infectieuses, les cancers, les pathologies inflammatoires,....Leur efficacité repose sur (i) leur sensibilité, pour identifier les pathogènes à des concentrations pertinentes, et (ii) leur praticité, pour permettre leur mise en œuvre éventuellement à faible coût ou dans un contexte logistique limité. Cependant, ces exigences sont difficiles à satisfaire simultanément, notamment dans le cas de certaines toxines pathogènes, de biomarqueurs à faible concentration, de protéines bactériennes ou virales, d'ADN ou d'ARN. La détection des acides nucléiques repose principalement sur des techniques d'amplification, (PCR ou amplification isotherme), qui sensibles (j≈10.000 cp/mL), mais coûteuses et complexes d’usage, et la détection des protéines repose principalement sur l'immunodétection, soit sur des formats de laboratoire à sensibilité picomolaire (ELISA, ECLIA,...), soit sur la détection rapide moins sensible sur bandelettes. Un manque de sensibilité peut alors limiter la détection efficace de pathogènes, notamment dans des matrices complexes, et le développement de biomarqueurs émergents.
Nous avons développé l'utilisation de nanoparticules à base de lanthanide (YVO4:Eu) comme rapporteurs pour l'imagerie biologique, in vivo ou in vitro . Les propriétés optiques et chimiques remarquables de ces particules (forte absorbance UV, grand déplacement de Stokes, photostabilité, stabilité colloïdale dans des tampons aqueux, et fonctionnalisation aisée) les qualifient pour la détection de biomolécules à des sensibilités élevées. Nous avons ainsi conçu une instrumentation optique qui a permis la détection à haute sensibilité de protéines sur des immuno-essais à base de bandelettes.
(i) Au cours de son doctorat, l'étudiant visera à développer des technologies de détection des protéines dans des échantillons biologiques et environnementaux complexes (sérum, sang, LCR, eaux usées,...). Ceci impliquera à la fois le développement et la validation d'instruments optiques pour la détection de la luminescence des nanoparticules dans des milieux fortement autofluorescents pour une utilisation en laboratoire et portable, notamment par la mise en place d'une détection résolue en temps, la caractérisation des propriétés optiques des nanoparticules YVO4:Eu (collaboration avec l'équipe de T. Gacoin, laboratoire PMC), la conception de protocoles biochimiques adaptés pour une détection efficace des protéines dans ces environnements. Nous prévoyons de démontrer la faisabilité de la détection polyvalente de protéines à ultra-faible concentration (~fM) pour de multiples applications, telles que le titrage de nouveaux biomarqueurs, le suivi de l'expression des protéines dans les microsystèmes,...
(ii) L'étudiant démontrera la détection sans amplification d'ADN et d'ARN sur des dispositifs de laboratoire et sur des formats LFA. Cela impliquera (i) le développement de méthodologies pour l'hybridation ADN/ARN sur puce et sur bande, (ii) la détection optique et l'analyse des signaux des nanoparticules, notamment dans les LFA, (iii) l'évaluation des performances et la comparaison avec les tests conventionnels (sensibilité, gamme de concentration, reproductibilité) de ces tests sur des fragments d'ADN et d'ARN modèles. Cette méthode sera adaptée pour les tampons physiologiques de tests réels (sang, sérum, urine,...). Ceci visera à établir les bases de tests diagnostic in vitro efficaces et rapides sur bandelettes, utiilisant la détection de l'ADN/ARN viral.
(iii) Ces résultats permettront la réalisation d'expériences dans des contexte clinique Une comparaison approfondie avec les tests actuels sera réalisée pour qualifier les systèmes développés en tant que tests opérationnels, dans la perspective d'un transfert de technologie ultérieur, pour leur industrialisation.

Compétences requises

Biophysique Imagerie optique Physico-chimie Biochimie

Bibliographie

Mousseau et al. Anal. Chem 95, 13509(2023)
Mousseau et al. Nanoscale 13, 14814 (2021)

Mots clés

Nanoparticules, Diagnostic, Bio-imagerie, Immuno-essai