Analyseur optofluidique pour capsules cellulaires

Abstract

Ce travail de thèse consiste en la conception et l’utilisation d’un système d’analyse d’agrégats multicellulaires par mesure de l’atténuation de la lumière. La technologie des capsules cellulaires brevetée au sein de l’équipe d’accueil peut générer plusieurs milliers de sphéroïdes/organoïdes en quelques secondes. L’objectif est ici de caractériser ces échantillons submillimétriques encapsulés dans une coque transparente par une mesure de leur rayon et de leur coefficient d’atténuation, sans recourir à une technique d’imagerie intrinsèquement lente et bas débit. Pour exploiter le fait que la technique de production est à haut débit, nous proposons de développer un analyseur optofluidique inspiré dans son principe de fonctionnement des cytomètres classiques, mais sans marquage fluorescent des échantillons. Nous avons tout d’abord simulé l’interaction d’un faisceau laser gaussien avec une sphère de rayon et coefficient d’atténuation connus, puis développé le module optique de détection. Les mesures expérimentales ont été confrontées aux simulations pour valider notre approche. Ensuite, nous avons conçu un circuit microfluidique capable de convoyer les capsules cellulaires pesantes au travers du faisceau en utilisant une approche par impression 3D. Enfin, notre système optique a été combiné au module fluidique et modifié pour déterminer la vitesse de déplacement de chaque capsule convoyée au moment de son interaction avec le faisceau d’interrogation. Nous apportons la preuve de concept que le caractère haut-débit d’un tel instrument permet d’analyser un très grand nombre d’échantillons (plusieurs milliers) en peu de temps (quelques heures). L’instrument présenté a été utilisé pour déterminer les courbes de croissance de deux lignées cellulaires de lymphocytes tumoraux (tumeurs « liquides »), ainsi que des modifications de coefficient d’atténuation liées à la fixation sur cellules hépatiques tumorales ou à la stimulation chimique de cellules souches adipeuses qui génèrent des chapelets de gouttelettes lipidiques au cours de leur différenciation. La sensibilité de notre instrument laisse envisager son utilisation dans le cadre d’essais précliniques sur des agrégats de cellules tumorales, afin de déterminer la croissance de ces « micro-tumeurs » et donc estimer l’efficacité de traitements de chimiothérapie par exemple. Enfin, un aspect « open source » a été souhaité dans la conception de l’infrastructure électronique et informatique du prototype, ouvrant ce travail à la copie et l’amélioration, notamment par l’ajout d’un module de tri d’échantillons.