Université PSL

Les projets de recherche

L’IPGG offre des financements postdoctoraux pour des projets où la microfluidique joue un rôle central au sein des équipes de recherche membres de l'IPGG.

Nous mettons un accent particulier sur les projets "à haut risque scientifique", ceux qui sont difficiles à financer par les sources habituelles (ANR, etc.).

Nous donnons la possibilité de nous proposer plusieurs thèses pour un seul projet au sein de différents laboratoires de l’IPGG.

Nous souhaitons soutenir un ou deux projets de plus grande ampleur pour lequel, grâce à une synergie mise en œuvre au sein de l’IPGG, il sera possible de relever des défis d’envergure.



Évolution expérimentale de réseaux d'interactions bio-moléculaires

Equipes :
LBC
Porteurs du projet :
Philippe NGHE
Année d'obtention :
2014

Comment évoluent les réseaux d’interactions bio-moléculaires reste une question ouverte en raison d’un manque de systèmes expérimentaux appropriés. Nous proposons une approche innovante pour explorer le potentiel évolutif de réseaux, en combinant réactions ADN, microfluidique de gouttes et séquençage haut débit. Pour chaque expérience, nous créerons ~106 génomes combinatoires, par ADNs initiallement liés à des billes d’hydrogels puis libérés dans des gouttes après encapsulation. Les topologies des différents réseaux, les signaux d’entrée et de sortie seront codés sous la forme d’oligo-nucléotides, et intégralement quantifiés par séquençage grâce à une technologie de codes-barres ADN. L’échelle sans précédent de cette approche
(amélioration d’un facteur 104-105) permettra d’explorer la relation entre structure du réseau et fonction et d’identifier des contraintes évolutives, avec des applications à la biologie synthétique des systèmes de régulation.


Microfluidique digitale pour la croissance de microorganismes difficiles à cultiver

Equipes :
LCMD
Porteurs du projet :
BAUDRY
Année d'obtention :
2014

Les microorganismes qui ne sont pas cultivables représentent typiquement plus de 95% de la population microbienne, quel que soit leur milieu d’origine. L’accès à cette énorme diversité permettrait de mieux appréhender notre environnement naturel, mais aussi d’avoir accès par exemple à de nouveaux antibiotiques produits par ces microorganismes.
Ce projet se propose, par de nouvelles approches millifluidiques de criblage haut débit et de co-culture de microorganismes, de rendre cultivable une partie de cette diversité.


Détection d’interactions protéine-protéine à l’échelle des protéines individuelles en cellules isolées : vers un diagnostic compagnon pour les thérapies ciblées de seconde génération

Equipes :
MMBM
Porteurs du projet :
S. Descroix
Année d'obtention :
2014

Une étude clinique récente a montré qu’une thérapie ciblée de nouvelle génération, le pertuzumab présentait un bénéficie clinique siginficatif dans la prise en charge des patientes atteintes d’un cancer du sein présentant certaines caractéristiques génétiques (HER2+). Cependant, cet avantage n’est que statistique, et il n’existe pas de biomarqueur prédictif de l’efficacité du Petuzumab, malgré les etudes translationnelles effectuées jusqu'à présent. Comme le pertuzumab cible spécifiquement l’interaction entre deux protéines, HER2 et HER3, l’étude des dimères HER2-HER3 semble une piste prometteuse, mais il n’existe pas actuellement d’outils permettant de le faire sur des prélèvements de patients. Dans le cadre du projet européen Diatools, l’équipe MMBM de l’Institut Curie a développé, en collaboration avec l’Université d’Uppsala, une méthode microfluidique permettant quantification d’interactions protéines-protéines à l’échelle de la cellule individuelle, par la technique de « PLA » (ligation par proximité). Le but du présent projet est d’appliquer cette technique à la quantification des dimères HER2-HER3, de la valider sur des prélèvements tumoraux (cytoponction, puis sur des cellules tumorales circulantes) issus d’une cohorte de patientes traitées a l’institut Curie dans le cadre d’un protocole d’évaluation du Pertuzumab. En cas de succès, cela permettra d’identifier les patientes à qui ce traitement sera bénéfique, au début du traitement mais aussi en cas d’échappement thérapeutiques, qui constituent la majorité des causes de décès. Au delà de cette application médicale importante, il s’agit de la première méthode capable d’énumérer des interactions protéines-protéines à l’échelle de la molécule individuelle au sein de cellules, qui aura donc de nombreuses autres retombées en recherche et en clinique.


Déterminer la vitesse de gouttes en microfluidique digitale

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Marie-Caroline Jullien
Année d'obtention :
2014

Dans le contexte de la microfluidique digitale, dont le développement nécessite dans de nombreux cas la synchronisation de systèmes automatisés, nous avons montré que le confinement jouait un rôle crucial sur la vitesse des gouttes. Il paraît donc nécessaire de conduire des expériences systématiques afin de dériver un modèle global servant de référence pour prédire la vitesse des gouttes. Pour cela, nous souhaitons dans un premier temps caractériser le rôle de différents paramètres : rapport des viscosités, propriétés rhéologiques des surfactants et paramètres géométriques. Dans un second temps, nous étudierons le film de lubrification in situ (épaisseur, temps de vie, rhéologie interfaciale...) et fournirons un nouvel outil de mesure de pression de disjonction à la communauté physico-chimiste.


Compétition entre cellules normales et cancéreuses en micro-environnements contrôlés

Equipes :
PBME
Porteurs du projet :
I. Bonnet / P. Silberzan
Année d'obtention :
2014

Au tout début de la carcinogenèse, une ou quelques cellule(s) subissent des mutations génétiques irréversibles. Les cellules ainsi transformées se retrouvent entourées de cellules normales. Il est aujourd’hui admis que l’environnement des cellules mutées, mais aussi les interactions avec leurs voisines normales jouent un rôle dans le devenir des cellules transformées. La question qui nous intéresse particulièrement est : comment les conditions environnementales jouent-elles sur la stabilité des cellules mutées ?
Pour répondre à cette question, nous utiliserons la culture de cellule en monocouche. Nous avons choisi d’étudier les cellules transformées par l’expression de l’oncogène ras, connu pour être suractivé dans de nombreux cancers. Notre stratégie est de contrôler, dans le temps et l’espace la localisation des cellules mutées au sein d’un tissu de cellules normales, dans un environnement où les propriétés mécaniques sont contrôlées. En parallèle, nous développerons un outil génétique permettant de moduler, par la lumière, l’intensité de la mutation, et ce, à l’échelle de la cellule individuelle. Notre but est de comprendre le rôle joué par l’environnement en déterminant les situations favorables ou non à la progression des cellules transformées.


Spectrométrie de masse en mode électrospray pour la microfluidique de gouttes

Equipes :
SMBP
Porteurs du projet :
Vinh‐Griffiths‐Malaquin‐Tabeling
Année d'obtention :
2014

In this proposal 4 groups of IPGG will collaborate to develop a simple and versatile interface to efficiently couple droplet‐based microfluidic and mass spectrometry. The proposed interface will allow the extraction of  aqueous  droplets  from  monodisperse  stabilized  emulsion.  The  extraction  will  be  obtained  through  electrocoalescence and hydrophilic treatment of the aqueous stream channel. In order to minimize Taylor‐Aris dispersion the extraction will take place at a minimal distance of the electrospray nozzle. A preconcentration/desalting step using magnetic tweezers will be implemented upstream in order to remove non‐volatile contaminants and to fractionate the sample.
The unique analytical power of MS would allow the screening of microorganisms 1) producing enzymes that degrade  natural  feedstocks,  or  2)  producing  molecules  of  industrial  or  therapeutic  interest  (e.g.  natural  products). In addition, the ability to analyse the proteomes (or sub‐fractions of the proteome, such as the secretome) of millions of cells, each at the single cell level would be a transformational tool for life science research and drug discovery.


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

Porteurs du projet :
Andrew Griffiths
Année d'obtention :
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.


Synthèse de super-atomes à base de cristaux liquides

Equipes :
MMN
Porteurs du projet :
Teresa Lopez-Leon et Olivier Dauchot
Année d'obtention :
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.


Compétition entre bactéries en micro-environnements contrôlés

Equipes :
PBME
Porteurs du projet :
Axel Buguin
Année d'obtention :
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.


Développement d’un microréacteur plasma pour la catalyse de polymérisation

Equipes :
2PM
Porteurs du projet :
Michael Tatoulian
Année d'obtention :
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.


36 projets.