Projets de recherche

Projets de recherche



Combiner la microfluidique de goutte et le séquençage à haut débit pour produire une cartographie génotype/phénotype de haute résolution et l'évolution dirigée de protéines

Auteurs : Andrew Griffiths

Année d'obtention de la bourse : 2013

La compréhension des mécanismes d’adaptation du vivant vis-à-vis de changements et de stress environnementaux est un enjeu sociétal majeur en termes économiques, médicaux et écologiques. Notre but est de reconstruire les trajectoires évolutives de millions de bio-molécules soumises à des perturbations environnementales dans des conditions contrôlées au laboratoire. Notre approche interdisciplinaire, basée sur une combinaison de techniques de pointe (microfluidique en gouttelette et séquençage à haut débit) permettra de produire une représentation très riche de la réponse adaptative au niveau moléculaire au stress environnemental.

La diversité des mécanismes d’adaptation, les échelles de temps mises en jeu, l’impossibilité de reconstruire les trajectoires évolutives passées, et notre manque d’information concernant les conditions environnementales passées et futures empêchent a priori de construire une vision complète des processus biologiques adaptatifs et de leur optimisation. Les expériences d’évolution dirigée basées sur des schémas évolutifs darwiniens en conditions contrôlées au laboratoire permettent de surmonter certaines des limitations de l’étude des processus biologiques adaptatifs. En particulier au niveau moléculaire, l’évolution dirigée permet de contrôler précisément la pression de sélection, le taux de mutation aléatoire et donc de suivre des échelles de temps aussi longues que l’on veut. Le développement récent des techniques de séquençage à haut débit permet de suivre en parallèle de larges populations de mutants et donc de développer une analyse statistique de l’adaptation au niveau moléculaire.

Nous proposons d’analyser, à une échelle et une résolution sans précédents, les trajectoires évolutives de bio-molécules soumises à des pressions environnementales contrôlées au laboratoire. Nous combinerons l’évolution dirigée par microfluidique en gouttelette et le séquençage à haut débit pour étudier l’adaptation d’une protéine-modèle, l’enzyme SGAP (Streptomyces griseus aminopeptidase). Nous suivrons des millions de trajectoires évolutives en parallèle en contrôlant précisément la pression de sélection de l’environnement. Nous évoluerons l’enzyme SGAP, qui est naturellement une leucine-aminopeptidase, afin qu’elle acquiert des fonctions nouvelles telles que valine- ou glycine-aminopeptidase, ou phosphodiesterase. Nous effectuerons l’évolution dirigée d’une population de variants de SGAP en sélectionnant pour des niveaux arbitraires d’activité enzymatique associée à ces nouvelles fonctions grâce aux substrats fluorogéniques que nous développons et produisons au laboratoire. L’analyse à haut débit par microfluidique en gouttelette fournira les phénotypes respectifs de 10^6 variants en moins d’une heure et les variants seront triés en fonction de leur phénotype. Après cette étape de tri, les gènes des variants seront étiquetés avec un code-barres portant leur phénotype et la condition environnementale. Le séquençage à haut débit des gènes étiquetés fournira une cartographie de la relation génotype/phénotype de 10^6 variants, en une seule expérience massivement parallèle. L’analyse statistique des données de séquençage permettra de reconstruire les trajectoires évolutives de chacun des 10^6 variants soumis à des pressions environnementales successives, et d’extraire ensuite les paramètres qui déterminent le potentiel adaptatif des bio-molécules.
Notre étude fournira une représentation à grande échelle de la réponse biologique adaptative aux changements environnementaux au niveau moléculaire, et une compréhension plus profonde des mécanismes d’évolution de nouvelles fonctions des protéines et de leur optimisation. Les résultats attendus et notre nouvelle stratégie auront des applications avec un impact très large, notamment pour l’optimisation d’enzymes d’intérêt industriel, de protéines thérapeutiques, et de la conception d’anticorps et vaccins anti-viraux.

Détail Combiner la microfluidique de goutte et le séquençage à haut débit pour produire une cartographie génotype/phénotype de haute résolution et l'évolution dirigée de protéines
Détail Combiner la microfluidique de goutte et le séquençage à haut débit pour produire une cartographie génotype/phénotype de haute résolution et l'évolution dirigée de protéines

Développement d’un microréacteur plasma pour la catalyse de polymérisation

Auteurs : Michael Tatoulian

Année d'obtention de la bourse : 2013

L’objectif du projet est de concevoir un microréacteur plasma dédié à la synthèse chimique. La réaction chimique choisie concerne la synthèse de polymères biodégradables qui représente un enjeu important. Le dispositif est novateur puisqu’il propose de déclencher une décharge électrique dans une goutte de liquide qui contient le catalyseur en solution et la molécule à polymériser. Le dispositif permettra d’apporter des éléments essentiels sur les cinétiques de polymérisation catalytiques, et ouvrira également des perspectives importantes qui pourront être utilisées au futur pour des applications environnementales en phase gaz (valorisation du CO2, traitement COV) ou liquides (traitement de polluant en phase aqueuse).
Le projet sera mené par une équipe pluridisciplinaire composée d’experts en Génie des Procédés plasmas (M. Tatoulian/S. Ognier/S. Cavadias/C. Guyon), en microfluidique (P. Tabeling, F. Monti) et en Chimie moléculaire (C. Thomas, E. Brulé). Par ailleurs, une collaboration déjà en place, entre le LGPPTS et le groupe Micro Nano Bio et Microsystèmes de l’Institut d’Electronique Fondamental, garantira un accès privilégié à la Centrale de Technologie Universitaire qui dispose de nombreux équipements impliqués dans la réalisation et la caractérisation de micro et nanosystèmes.

Détail Développement d’un microréacteur plasma pour la catalyse de polymérisation
Détail Développement d’un microréacteur plasma pour la catalyse de polymérisation

Compétition entre bactéries en micro-environnements contrôlés

Auteurs : Axel Buguin

Année d'obtention de la bourse : 2013

Le comportement collectif de la bactérie chimiotactique (E. coli) dans des environnements confinés peut conduire à des phénomènes étonnants comme leur accumulation ou la propagation d’ondes de concentration en bactéries. Ce projet a pour but d’étudier la compétition entre différentes souches bactériennes. Pour cela nous avons mis au point un dispositif dans lequel les bactéries peuvent croitre jusqu’à des concentrations très élevées. Il consiste simplement à cultiver les bactéries dans des micro-chambres séparées du milieu extérieur par une membrane poreuse. Les pores sont trop petits pour laisser passer les bactéries mais autorisent l’échange des nutriments et des déchets avec un réservoir extérieur. En remplaçant ce réservoir par un circuit microfluidique, il est ainsi possible d’adresser spatialement et dynamiquement les milieux présents au niveau des micro-chambres et de suivre le comportement et la compétition entre les différentes souches lorsqu’elles sont confrontées à une ressource limitée en nutriments.

Détail Compétition entre bactéries en micro-environnements contrôlés
Détail Compétition entre bactéries en micro-environnements contrôlés

Imagerie opto-électrochimique sans-marquage en système microfluidique : du diagnostic biochimique portable au suivi de nano-objets individuels

Auteurs : Frédéric Kanoufi

Année d'obtention de la bourse : 2013

L'objectif de ce projet est de développer un concept de "microscopie chimique" dédiée à l'imagerie dans des dispositifs microfluidiques. Ce microscope optique est basé sur le suivi in situ, en temps réel et sans marquage, de transformations chimiques de surface. Il consiste à coupler une détection par imagerie optique à l'activation électro- ou bio-chimique
d'une surface. Le principe et la méthodologie proposés peuvent satisfaire de nombreuses applications.

Une telle détection sans marquage sera mise à profit dans :
i) la détection de réaction de reconnaissance moléculaire permettant le développement de plateformes de diagnostique bon marché, sans-marquage et portables, et
ii) la détection d'évènements chimiques individuels tels que le suivi de trajectoire 'réactive' de nanoparticules individuelles au cours d'une transformation chimique.

Détail Imagerie opto-électrochimique sans-marquage en système microfluidique : du diagnostic biochimique portable au suivi de nano-objets individuels
Détail Imagerie opto-électrochimique sans-marquage en système microfluidique : du diagnostic biochimique portable au suivi de nano-objets individuels

Synthèse de super-atomes à base de cristaux liquides

Auteurs : Teresa Lopez-Leon et Olivier Dauchot

Année d'obtention de la bourse : 2013

A de nombreux égards, les colloïdes, des particules micrométriques, se comportent comme de « gros atomes ». Un des objectifs majeurs de la science des colloïdes est de synthétiser des assemblages structurés de colloïdes -- sortes de méta-molécules --, qui serviraient alors de briques élémentaires pour la fabrication de méta-matériaux, qui, hier encore,
relevaient de la science fiction.

A l’heure actuelle la principale limitation dans l’utilisation des colloïdes en tant qu’atomes de taille micrométrique est leur incapacité à créer des liaisons selon des directions spécifiques. Dans ce projet, nous proposons une stratégie originale pour franchir cet obstacle, en recouvrant les particules sphériques colloïdales d’une fine couche de cristal liquide. La sphéricité de la particule impose une contrainte au besoin d’ordre du cristal liquide, dont les molécules cherchent à être parallèles les unes aux autre. Il se forme alors des défauts, pareils aux pôles où se rencontrent les méridiens du globe. L’idée est d’utiliser ces défauts comme points d’ancrage à des brins d’ADN qui formeront des ponts entre les particules colloïdales. A la différence des pôles du globe, le nombre et la position des défauts dans le cristal liquide peuvent varier, selon la température, l’épaisseur de la couche, et d’autres paramètres que l’on peut contrôler. Nous sommes ainsi capables de produire des particules colloïdales reproduisant par exemple les liaisons des atomes de carbone, ou d’autres types de liaison qui n’existent pas dans la nature. La fabrication de ces super-atomes nous laisse entrevoir des nouveaux horizons pour la photonique et plus globalement les nanotechnologies.

Détail Synthèse de super-atomes à base de cristaux liquides
Détail Synthèse de super-atomes à base de cristaux liquides

Séparation électrocinétique et microfluidique diphasique pour l’analyse de biomarqueurs

Auteurs : Stéphanie Descroix, Laurent Malaquin, Jean-Louis Viovy

Année d'obtention de la bourse : 2012

Le développement des nouvelles méthodes dédiées à la quantification des biomarqueurs dans le but d’améliorer les diagnostics médicaux actuels est toujours un défi passionnant. L’objectif de ce projet est de développer l’intégration d’une plateforme pour faire l’analyse multimodale de biomarqueurs à des niveaux ultra-sensibles. Le système intégrera en particulier une haute résolution électrophorétique combinée avec une compartimentalisation par microfluidiques biphasiques. Cette compartimentalisation permettra leur quantification ultérieure à l’aide de gouttes immunologiques. Ce projet sera validé par la détection précoce de biomarqueurs pour les maladies neurodégénérescentes, notamment la maladie d’Alzheimer.

Détail Séparation électrocinétique et microfluidique diphasique pour l’analyse de biomarqueurs
Détail Séparation électrocinétique et microfluidique diphasique pour l’analyse de biomarqueurs

Développement d’un laboratoire sur puce pour l’analyse en ligne de substances pharmaceutiques à l’état de traces dans les eaux

Auteurs : Anne Varenne, Fanny d’Orlyé, Fethi Bedioui et Sophie Griveau

Année d'obtention de la bourse : 2012

Développés pour la santé et le bien-être, certains médicaments tendent néanmoins à contaminer l’eau. Pour faire face à ce problème, nous visons à développer un microsystème analytique permettant l’extraction sélective de molécules cibles et de leurs métabolites afin d’identifier et de quantifier ces contaminants dans des échantillons d’eau. La sélectivité et sensibilité de ce microlaboratoire sur puce repose sur l’implantation d’un « Aptamer » basé sur la capture des Molécules. Le projet impliquera une étape de fonctionnalisation de surface par voie électronique. Différents systèmes de détection (électrochimie et fluorescence) seront mis en œuvre, puisqu’ils peuvent être facilement intégrés dans un système miniaturisé, tout en offrant une haute sélectivité et sensibilité. Au final, ce microsystème analytique sera conçu pour être relié à une plateforme de traitement miniaturisée, soit pour une analyse d’eau en ligne, soit pour une purification en ligne (procédé d’oxydation d’ozone).

Détail Développement d’un laboratoire sur puce pour l’analyse en ligne de substances pharmaceutiques à l’état de traces dans les eaux
Détail Développement d’un laboratoire sur puce pour l’analyse en ligne de substances pharmaceutiques à l’état de traces dans les eaux

Première partie d’un système immunitaire sur puce : la maturation des cellules dendritiques

Auteurs : Matthieu Piel, Ana-Maria Lennon-Duménil, Edgar Gomes, Charles BAROUD

Année d'obtention de la bourse : 2012

La réponse immunitaire adaptative, qui permet aux organismes de développer une immunité contre des pathologies à priori inconnus, repose sur un système multimodal destiné à détecter, apporter et analyser des informations provenant de tissu périphériques, afin d’amener une réponse spécifique pour la pathologie. Cette détection est faite par des cellules dendritiques, qui surveillent les tissus périphériques et peuvent encapsuler de grandes quantités de matériel biologique. Le matériel encapsulé est ensuite transformé et présenté aux cellules de surface. Suite au déclenchement de « signaux de dangers », les cellules dendritiques migrent vers les vaisseaux lymphatiques où ils activent les lymphocytes T, ce qui est une étape essentielle pour l’apparition de réponses immunitaires spécifiques. Il est très difficile de suivre des cellules dendritiques à travers leurs voyages dans le corps. C’est à cause de cela que la réponse immunitaire adaptative est souvent étudiée sur un état stable, sur de un grand nombre de cellules extraites à des points variés de différents organes. Pour étudier la dynamique de l’absorption de cellules dendritiques, et le processus de maturation au niveau de la cellule unique, nous proposons ici de réaliser une plateforme in-vitro basée sur la microfluidique, qui va mettre en œuvre des processus pertinents, sous contrôle, avec une capacité d’analyse à la fois microscopique et biochimique.

Détail Première partie d’un système immunitaire sur puce : la maturation des cellules dendritiques
Détail Première partie d’un système immunitaire sur puce : la maturation des cellules dendritiques

Micromélange acoustique ultrarapide et applications

Auteurs : Patrick Tabeling

Année d'obtention de la bourse : 2012

Une équipe pluridisciplinaire, composée d'experts en acoustique (M. Tanter, O. Couture), microfluidique (P. Tabeling, F. Monti), et chimie organique (J. Cossy, S. Arseniyadis), mettent en commun leurs efforts pour inventer une méthode permettant le micromélange ultrarapide de réactifs in vitro (dans des systèmes microfluidiques) et in vivo. La méthode consiste à disperser des réactifs dans des gouttes submicrométriques, que l'on encapsule dans des gouttes de perfluorocarbone. L'application d'une onde ultrasonore focalisée vaporise le perfluorocarbone, et expulse, en quelques μs, les réactifs vers la phase externe où ils se mélangent, dans des conditions isothermes. On pense pouvoir mélanger les réactifs sur des temps inférieurs à la centaine de μs, gagnant ainsi un ou deux ordres de grandeurs par rapport aux méthodes de micromélange les plus rapides publiées dans la littérature. Il s'agit là d'une rupture, donnant naissance à une nouvelle génération de micromélangeurs. Les applications sont nombreuses : délivrance in-vivo de médicaments et de précurseurs médicamenteux, mesure de cinétiques chimiques, analyse de dynamiques conformationnelles etc... Dans le projet, nous nous focalisons sur les applications dans le domaine de la délivrance in vivo de médicaments et de précurseurs médicamenteux.

Détail Micromélange acoustique ultrarapide et applications
Détail Micromélange acoustique ultrarapide et applications

Migration par activation thermique en confinement micrométrique, application au contrôle du drainage des mousses

Auteurs : Marie-Caroline Jullien et Florent Malloggi

Année d'obtention de la bourse : 2012

Nous avons récemment montré que lorsqu’une bulle/goutte est placée dans un gradient de température, celle-ci migre vers la région la plus froide sous un effet mécanique, i.e. la déformation du PDMS provoque le déplacement de l’élément vers la zone où la cavité est la plus épaisse. Nous avons identifié un certain nombre de mécanismes impliqués dans ce système. Nous souhaitons dans un premier temps faire une cartographie générale de la réponse de la bulle/goutte en fonction de différents paramètres de contrôle. Nous pensons que cette étude pourra servir à l’avenir de référence.

Détail Migration par activation thermique en confinement micrométrique, application au contrôle du drainage des mousses
Détail Migration par activation thermique en confinement micrométrique, application au contrôle du drainage des mousses

10 projets.
<Précédent - -Suivant>