Thèse Exploiter la Diélectrophorèse sur Puce et l'Électrophorèse Capillaire pour Capturer Trier et Caractériser les Vésicules Extracellulaires H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie Direction de la thèse : Sakina CHANTOISEAU-BENSALEM ORCID 0000000315186461 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59 Les vésicules extracellulaires (VEs), sécrétées par tous types de cellules, et acteurs clés de la communication intercellulaire, constituent des biomarqueurs privilégiés pour la biopsie liquide dans diverses pathologies ainsi que des outils thérapeutiques prometteurs. Toutefois, leur application clinique nécessite le développement de nouvelles technologies efficaces pour isoler, trier et caractériser finement les VEs dans des matrices complexes. Ce projet interdisciplinaire, à l'interface de la physique, microfluidique, chimie analytique et la biologie cellulaire, propose de développer une plateforme microfluidique intégrée couplant la diélectrophorèse (DEP) et l'électrophorèse capillaire (EC) pour l'analyse des VEs. La DEP pourrait servir à capturer, préconcentrer et trier des sous-populations de VEs d'intérêt (selon leurs propriétés physico-chimiques), et à fournir des informations sur leur comportement lorsqu'elles sont soumises à des champs électrique (exp. électrorotation, bio-impédence). L'EC peut, quant à elle, apporter une caractérisation complémentaire des VEs isolées/enrichies en fournissant des profils électrocinétiques, révélant leur hétérogénéité, la présence de sous populations ainsi qu'une mesure de leur taille. La miniaturisation des dispositifs microfluidiques sera nécessaire pour s'adapter à la taille nanométrique des VEs. La diélectrophorèse (DEP) s'appuie sur l'utilisation d'un champ électrique non uniforme pour déplacer, capturer ou trier des particules en fonction de leurs propriétés diélectriques. Elle permet de manipuler sélectivement des cellules, des vésicules ou des particules synthétiques sans contact direct, ce qui en fait un outil particulièrement précis (3,4). Grâce à l'ingénierie de micro- et nano-électrodes, la DEP montre un fort potentiel pour la capture de particules nanométriques, car même de très faibles différences de polarisabilité peuvent être exploitées pour isoler des nanoparticules ou des biomolécules dans des dispositifs microfluidiques.
En parallèle, l'électrophorèse capillaire émerge comme une technique analytique versatile pour l'analyse de biomolécules et de nanoparticules. L'équipe PNAS de l'IGPS a été pionnière dans l'application de cette technique pour la détection, la caractérisation électrocinétique et la préconcentration des VEs (5,6).
Le couplage DEP-EC au sein d'un système intégré unique, proposé dans ce projet, constitue un défi technique et scientifique à relever. Il permettrait de développer une nouvelle approche efficace, rapide et sensible, offrant une caractérisation fine et spécifique des VEs, à la fois sélectives vis-à-vis des matrices (grâce au tri/purification par DEP) et résolutives vis-à-vis des sous-populations de VEs. Ce système donnera accès à une signature électrique détaillée des VEs (électrorotation, bio-impédence, mobilité électrophorétique...), complémentaire des méthodes conventionnelles, telles que la Nanoparticle Tracking Analysis « NTA », l'Electrophoretic Light Scattering « ELS » ou le western Blot, qui présentent certaines limites et qui sont principalement centrées sur la taille, charge et/ou la composition biomoléculaire des VEs. Cette approche présente un fort potentiel pour des application diagnostiques mais aussi thérapeutiques.
Si le projet est mené à bien, la dernière année sera consacrée à une mise en application à visée diagnostique du dispositif, en s'appuyant sur des collaborations existantes ou à établir entre le PNAS-IGPS et des partenaires hospitaliers, académique et privés (exp. oncologie -cancer de l'ovaire-, sepsis, pathologies inflammatoires). Les vésicules extracellulaires (VEs) sont des nanoparticules membranaires (30-500 nm) sécrétées par toutes les cellules (eucaryotes et procaryotes) et présentes dans tous les fluides biologiques (sang, urine, salive...). Les VEs sont des acteurs clés de la communication intercellulaire ; elles transportent divers cargos (protéines, lipides, ARN...) issus de leur cellule sécrétrice et interagissent avec des cellules réceptrices spécifiques pour leur délivrer ce contenu (1,2). Étant donné que leur composition biomoléculaire reflète l'état physio-pathologique de leur cellule d'origine, les VEs constituent une source accessible de biomarqueurs via des biopsies liquides pour diverses pathologies (cardiovasculaires, cancer...). De plus, leur capacité naturelle à protéger et à délivrer leur contenu à des cellules spécifiques en fait des nanovecteurs prometteurs pour l'administration ciblée de médicaments à des fins thérapeutiques.
Cependant, malgré leur grand potentiel, leur exploitation clinique à des fins diagnostiques ou thérapeutiques pose des défis majeures, notamment en ce qui concerne leur isolement et leur caractérisation. Ces limitations sont principalement liées à leur petite taille, leur hétérogénéité en termes de composition biomoléculaire (différentes sous-populations de VEs au sein d'un même échantillon), ainsi qu'à leurs propriétés physico-chimiques (taille, densité, charge...) qui interfèrent avec celles de nombreux contaminants présents dans les échantillons, rendant leur distinction difficile. Ainsi, ce projet vise à développer une nouvelle approche microfluidique couplant la DEP avec l'EC pour l'isolement, le tri et la caractérisation fine et sélectives de sous-populations de VEs bien définies et pertinentes pour des applications diagnostiques. La méthodologie et l'approche scientifique pour atteindre l'objectif de ce projet sont adaptables et seront définies conjointement avec le·la doctorant·e afin d'orienter le projet d'avantage vers un axe ingénierie (conception de puces, modélisation, microfabrication, instrumentation) soit vers un axe analytique/bio (isolement/caractérisation des VEs, analyse EC, échantillons modèles) selon ses compétences et sa vision du projet.
Les pistes de travails préliminaires pourront s'appuyer sur les axes ci-dessous, en mettant à profit le savoir-faire de l'équipe LIMMS-CNRS (Techniques avancées en nanotechnologies) SATIE-ENS (caractérisation électrique des cellules, développement de système microfluidiques pour des applications en santé) (3,4) et les expertises de l'équipe PNAS-IGPS (techniques électrophorétiques en capillaire, isolement et caractérisation des VEs) (5-7):
1- Conception de biopuces DEP pour la capture, tri et préconcentration des VEs.
2- Caractérisation électrique des VEs sur puce-DEP : Analyse par électrorotation (sous champs électrique tournant) et de bio-impédance des VEs.
3- Couplage DEP-EC : interface de couplage on-/off-line avec l'électrophorèse capillaire pour le traitement et caractérisation des VEs et de leur contenu.
4- Validation sur des échantillons réels : Du plasma à des échantillons cliniques (urine, larmes....) obtenus dans le cadre de différentes collaborations établies avec l'IGPS.

Master/Ingénieur en physico-chimie, micro/nanofabrication, génie électrique, sciences pour l'ingénieur ou chimie analytique.
Compétences et connaissances (selon le profil) en génie électrique, microfluidique, électrophorèse capillaire, instrumentation et/ou traitements de données. Intérêt pour les VEs et leurs applications diagnostiques/thérapeutiques.