UNITÉ TECHNOLOGIQUE :
MICROSYSTÈMES & OPTIQUE AVANCÉE POUR LA BIOLOGIE

Mise en place de systèmes microfluidiques & caractérisation optique

Les enjeux

A l’échelle micrométrique, le régime d’écoulement d’un flux est très prévisible, contrastant avec le comportement chaotique et turbulent qui se produit à notre échelle.
De nouvelles technologies permettent la manipulation simplifiée d’objets microscopiques, la réduction des quantités de réactifs et ouvrent le champ des possibles à une large variété d’applications dans les domaines de la microbiologie, du diagnostic médical et de l’analyse chimique.
Chaque outil d’analyse ou de diagnostic développé requiert un mode de lecture et d’interprétation automatisé. Plus la taille de l’objet à observer est petite, plus la technique de lecture se doit d’être sensible et spécifique. Les microscopies et spectroscopies optiques ultra-sensibles donnent accès aux informations morphologiques, structurelles et/ou chimiques des cellules biologiques, caractérisées dans la plupart des cas par une faible absorption et une faible diffusion de la lumière.

La microfluidique et l’optique avancée peuvent être combinées pour réaliser des caractérisations phénotypiques ou fonctionnelles précises de microsystèmes biologiques.

Cette  association offre plusieurs avantages d’analyse par rapport à des techniques plus classiques :

  • Etudes de comportement de la cellule unique
  • Haut-débit
  • Absence de marquage
  • Adaptabilité et diversité d’applications

Ces technologies sont apparues comme des outils très puissants pour de nombreuses applications allant des sciences de la vie à la recherche clinique.

Objectifs

Objectif 1

Analyse phénotypique

Sur la base de l’optique avancée, il s’agit d’observer, sans marquage, les caractéristiques physiques et chimiques de cellules et micro-organismes. Les technologies développées peuvent être déployées notamment dans des applications en immunologie et en analyse bactériologique. Dans ce dernier cas, elles permettent notamment d’étudier la susceptibilité d’une bactérie à divers antibiotiques.

Objectif 2

Résolution monocellulaire

En général, les expériences visant à déterminer le comportement de cellules en présence d’une molécule sont réalisées sur des cultures cellulaires, en se focalisant sur l’évolution de l’échantillon dans sa globalité et non à l’échelle de la cellule unique. Notre approche vise à contrôler le micro-environnement externe de chaque cellule individuelle pour des analyses in-vitro. De cette façon, nous sommes capables d’analyser l’hétérogénéité présente dans des populations cellulaires, et de mettre en évidence des mécanismes qui ne pourraient pas être observés en se basant sur la réponse moyenne d’un groupe de cellules.

Objectif 3

Haut-débit

En réalisant une analyse à l’échelle de la cellule individuelle, nous avons besoin d’isoler chaque cellule des autres et de la placer dans un micro-environnement spécifique. Ce processus peut classiquement prendre beaucoup de temps et limiter le nombre de cellules à étudier. Nos technologies basées sur la microfluidique permettent, grâce à des procédés automatisés (systèmes fluidiques pilotés, mesure optique en ligne, algorithmes d’analyse d’images), de contourner ce problème et d’effectuer un criblage haut-débit.

Objectif 4

Préparation d’échantillons

Nos technologies nous permettent d’élaborer de nouveaux outils destinés à la préparation automatisée d’échantillons. Parfois, préparer les échantillons pour l’analyse peut s’avérer être une tâche fastidieuse, par exemple les enrichissements cellulaires. Les microtechnologies peuvent être utilisées pour convertir des protocoles compliqués en procédures simples, par exemple en supprimant des étapes de marquage.

Microfluidique

VALEURS AJOUTÉES

Savoir-faire, équipements, technologies

Notre équipe s’appuie sur de solides connaissances et compétences dans le domaine des microtechnologies et de l’optique. Elle est animée par la volonté d’explorer toujours davantage les possibilités offertes par ces nouvelles technologies pour les appliquer dans les domaines de la santé. Les membres de l’équipe possèdent des expertises complémentaires et pluridisciplinaires.

Grâce à ces compétences multiples, nous sommes capables de travailler dans les champs suivants :

  • Microfluidique en flux continu et en gouttes
  • Biocapteur et test au chevet du patient / test diagnostic rapide
  • Caractérisation optique : microscopie holographique et spectroscopie Raman
  • Traitement d’images
  • Design et prototypage
  • Encapsulation de cellules en gouttes : nous sommes capables d’encapsuler des cellules dans des microgouttes de milieu. Les gouttes agissent comme des bioréacteurs et permettent la caractérisation monocellulaire.
  • Reconstruction d’une bactérie selon l’axe-Z : reconstruction numérique d’une bactérie à partir d’un unique hologramme (sans marquage).

TECHNOLOGIE: MICROFLUIDIQUE EN GOUTTES

Technology: Droplet-based microfluidics

La microfluidique en gouttelettes est un outil utile pour l’analyse des cellules individuelles. En envoyant des flux huileux non miscibles perpendiculairement à un flux aqueux contenant les cellules, on obtient une compartimentation de l’échantillon sous forme de gouttes contenant les cellules. Les gouttes agissent comme des micro-bioréacteurs fournissant aux cellules les nutriments nécessaires pour rester viables. Les techniques microfluidiques permettent la génération à haut débit de gouttelettes monodisperses, donnant ainsi la possibilité d’analyser un grand nombre de cellules individuelles et de leur micro-environnement spécifique grâce à divers types d’imagerie ou de spectroscopie, sur des gouttes statiques ou en flux dynamique.

Par exemple, un workflow intégrant une étape de microfluidique en gouttes et un trieur de cellules a été développé pour permettre le tri ultra-haut-débit de gouttes. Ce workflow peut être appliqué au criblage ultra haut-débit de bactéries.

TECHNOLOGIE: MICROSCOPIE HOLOGRAPHIQUE EN LIGNE

Technology: Holographic Microscopy
La microscopie holographique numérique en ligne est une technique d’imagerie sans marquage, simple et robuste. Elle permet d’obtenir une image contrastée et hautement informative de micro-objets de phase, transparents, éclairés à l’aide d’une lumière quasi-monochromatique. Des motifs d’interférence générés par chaque objet sont enregistrés sur une seule image acquise hors focus et appelée hologramme. L’augmentation du contraste est obtenue sans marquage, en refocalisant numériquement l’hologramme à l’aide d’un algorithme de reconstruction modélisant la diffraction de la lumière.

TECHNO: MICRO-SPECTROSCOPIE RAMAN

Technology: Raman Micro-spectroscopy
À BIOASTER, un micro-spectromètre Raman hyper-sensible a été optimisé afin de permettre la caractérisation de micro-organismes au niveau cellulaire. De plus, des essais et des tests phénotypiques peuvent être réalisés en surveillant des changements spectraux suite à des modifications physico-chimiques de l’environnement (ex: traitement ou stimulation chimique).

NOS ÉQUIPEMENTS

Image microfluidique graphique

RÉSEAUX & PARTENAIRES

Logo Biomérieux
Logo Gsk
UTC Université de Technologies de Compiègne
Fluigent
Elveflow
ESPCI Paris
Logo Sanofi
Institut Cochin
Institut Pierre Gilles de Gennes
RD Vision

ACTUALITÉS & PUBLICATIONS

Actualités

  • Participation au 22ème congrès annuel de l’AFC.
  • Présentation de résultats à l’ICSB 2018 et au 6ème congrès annuel de Single Cell Analysis