Diagnostic précoce du sepsis à l’aide d’une biopuce à base de capteurs GMR // Early diagnosis of sepsis using a GMR sensor-based biochip

Le sepsis, réponse immunitaire extrême et dérégulée face à une infection qui se propage alors dans le sang, peut entraîner un dysfonctionnement d’organes pouvant conduire à la mort du patient (11 millions de morts dans le monde chaque année). La biopuce brevetée à base de capteurs GMR (Giant MagnetoResistance) que nous avons développée présente un réel potentiel pour une détection précoce des agents pathogènes impliqués dans le sepsis ou des biomarqueurs de la maladie, présents en très faible quantité dans le sang, sans étape de culture. L’approche innovante que nous proposons est transversale car basée sur l’utilisation de nanoparticules magnétiques (NPM), fonctionnalisées par des anticorps monoclonaux produits au laboratoire LERI, dirigés contre les objets biologiques cibles (cellules bactéries levures etc..) qui sont détectées un à un dynamiquement et de manière simultanée par les capteurs GMR disposés de part et d’autre d’un canal microfluidique dans lequel ils circulent. La preuve de concept de cette biopuce a été obtenue sur un modèle de cellules myélomateuses murines. Nous avons pu atteindre une sensibilité et une spécificité avec ce modèle qui rend notre technique très compétitive par rapport aux tests Point-of-Care existants. Il est cependant nécessaire de valider ces résultats sur des agents pathogènes.

Au cours de la thèse, deux objectifs seront définis. Dans la continuité de la thèse actuelle, Le premier objectif de l’étudiant au LNO sera d’adapter la biopuce (capteurs, microfluidique et traitement des signaux) afin qu’elle soit sensible et rapide pour la détection de bactéries et de levures impliqués dans le sepsis dans des échantillons sanguins. Au LERI, il devra optimiser le marquage magnétique des bactéries et des levures dans cette matrice clinique au moyen de NPM commerciales fonctionnalisées par un ou plusieurs anticorps dirigés contre la cible. Cette étape de la thèse se déroulera en étroite collaboration avec le Service de Bactériologie et Hygiène de l’hôpital Béclère (également membre de l’IHU) qui préconisera et fournira des souches de bactéries et levures pertinentes à détecter, ainsi que des échantillons cliniques. Une des biopuces GMR sera installée à l'Hôpital Béclère pour des mesures en conditions réelles. Le second objectif consistera à essayer de quantifier la diminution de l’expression monocytaire des molécules mHLA-DR qui est un indicateur de l’état d’immunosuppression du sepsis associé à un risque infectieux et une mortalité majorés.
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Sepsis, an extreme and deregulated immune response to an infection that then spreads through the bloodstream, can lead to organ dysfunction and death (11 million deaths worldwide every year). The patented GMR (Giant MagnetoResistance) sensor-based biochip we have developed has real potential for the early detection of pathogens involved in sepsis or biomarkers of the disease, present in very small quantities in the blood, without the need for a culture step. The innovative approach we are proposing is cross-disciplinary, since it is based on the use of magnetic nanoparticles (NPM), functionalized by monoclonal antibodies produced in the LERI laboratory, directed against target biological objects (cells, bacteria, yeasts, etc.) which are detected dynamically and simultaneously one by one by GMR sensors arranged on either side of a microfluidic channel in which they flow. Proof of concept for this biochip was obtained on a murine myeloma cell model.We were able to achieve a sensitivity and specificity with this model that makes our technique highly competitive with existing Point-of-Care tests. However, we still need to validate these results on pathogens.

During the course of the thesis, two objectives will be defined. Following on from the current thesis, the first objective of the student at the LNO will be to adapt the biochip (sensors, microfluidics and signal processing) so that it is sensitive and rapid for the detection of bacteria and yeasts involved in sepsis in blood samples. At LERI, he will optimize the magnetic labeling of bacteria and yeasts in this clinical matrix using commercial NPM functionalized with one or more antibodies directed against the target. This stage of the thesis will be carried out in close collaboration with the Service de Bactériologie et Hygiène at Hôpital Béclère (also a member of the IHU), which will recommend and supply relevant bacterial and yeast strains for detection, as well as clinical samples.One of the GMR biochips will be installed at Hôpital Béclère for measurements under real-life conditions. The second objective will be to use the GMR biochip to quantify the reduction in monocyte expression of mHLA-DR molecules, which is an indicator of the immunosuppressed state of sepsis associated with increased infectious risk and mortality.


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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé
Laboratoire : Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : Jasmin Guénaëlle
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/SPEC/LNO
URL : https://iramis.cea.fr/spec/lno/pisp/guenaelle-jasmin-lebras/
URL : https://iramis.cea.fr/spec/lno/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé

Physicien ou biologiste avec des compétences transverses