Détection et analyse de biomarqueurs en milieux confinés // Sensing and analysis of biomarkers in confined media

La médecine personnalisée consiste à adapter pour chaque patient le meilleur traitement avec un minimum d'effets secondaires, en tenant compte des profils métaboliques génotypiques et phénotypiques individuels. L'état du métabolisme cellulaire est évalué par un ensemble de différents biomarqueurs qui peuvent être utilisés soit (i) pour diagnostiquer une maladie ; (ii) établir un pronostic ou (iii) prédire les chances qu'un patient a de répondre au traitement. De nouveaux biomarqueurs ont été exploités pour évaluer l'impact de l'environnement sur l'état de santé humaine. Les méthodes spectroscopiques actuelles nécessitent un grand nombre de copies de biomarqueurs, au moins pM pour leur analyse quantitative dans les biofluides. De plus, ces méthodes sont trop coûteuses, nécessitent un personnel technique hautement qualifié et ne sont pas assez reproductibles pour répondre aux exigences des normes réglementaires imposées aux hôpitaux.
La technologie des nanopores est probablement la technologie la plus avancée permettant l'identification et la quantification de biomacromolécules à faible nombre de copies de biomarqueurs. Elle est considérée comme l'une des percées majeures dans le domaine de la nanotechnologie au cours des dernières décennies si l'on en juge par la réussite commerciale du séquençage de l'ADN à l'aide de nanopores biologiques.
Le développement d'une telle technologie a fait un énorme pas en avant dans l'analyse de petites quantités de biomarqueurs dans les fluides biologiques. Cependant, l'analyse de biomarqueurs d'intérêt dans des matrices biologiques complexes nécessite des étapes préparatoires préalables à leur quantification spécifique. En effet, les méthodes biochimiques classiques sont chronophages et ne permettent pas une détection semi-quantitative des biomarqueurs à faible concentration. Cela reste un obstacle technique à surmonter.
Sur la base de notre expérience en conception microfluidique et sur la compréhension des mécanismes de confinement dans les nanopores, nous proposons un nouveau concept de dispositifs capturant les biomarqueurs cibles dans des matrices de microgels pour mieux contrôler leur confinement en molécules uniques. À terme, cette stratégie vise à capturer spécifiquement des biomarqueurs (micro-ARN, peptides) et à élaborer des diagnostics précoces de cancers afin d'établir un traitement adapté au malade (médecine personnalisée).
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Personalized medicine consists for each patient in adapting the best treatment with a minimum of side effects, taking into account of individual genotypic and phenotypic metabolic profiles. Cell metabolism status is evaluated by a set of different biomarkers that can be used either (i) for diagnosing a disease; (ii) establishing prognosis or (iii) predicting a patient's chance of responding to treatment. New biomarkers have been exploited to evaluate the impact of the environment on human health status. Actual spectroscopic methods require a large number of biomarkers copies, at least pM for their quantitative analysis in biofluids. In addition, these methods are too expensive, need a highly qualified technical staff and are not reproducible enough to meet the requirements of the regulatory standards imposed on hospitals
The nanopore technology is probably the most advanced technology allowing biomacromolecules identification and quantification at low number of biomarker copies. It is considered as one of the major breakthroughs in the field of nanotechnology over the last decades according to the commercial achievement for DNA sequencing using biological nanopores. Development of such technology has made a huge leap forward in analysis of small amounts of biomarkers in biological fluids. However, analysis of biomarkers of interest in complex biological matrices needs preliminary preparative steps prior to their specific quantification. Indeed, the classical biochemical methods are time consuming and do not provide a semi-quantitative detection of biomarkers at low concentration level. This remains a technical hurdle to overcome.
Based on our experience in microfluidic design and our understanding of confinement mechanisms in nanopores, we propose a new concept of devices capturing target biomarkers in microgel matrices to better control their confinement at single molecule level. Ultimately, this strategy leads to the specific capture of biomarkers (microRNAs, peptides) and developing early cancer diagnostics for patient-specific treatment (personalized medicine).
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc GS-Chimie

Université Paris-Saclay GS Chimie

571 Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes

Le/la candidat.e devra avoir des connaissances en physico-chimie et un savoir-faire expérimental. Une expérience en microfluidique ou électrophysiologie sera appréciable. Une ouverture vers la biologie est recommandée également. Des connaissances en traitement du signal ne sont pas indispensables, mais seront appréciées.
The candidate must have knowledge in physico-chemistry and experimental skills. An experiment in microfluidics or electrophysiology will be appreciable. An openness to biology is also recommended. Knowledge in signal processing is not essential, but will be appreciated.