Utilisation de technologies magnétiques pour la capture et la détection rapide d'acides nucléiques // Use of magnetic technologies for rapid capture and detection of nucleic acids

Contexte :
Quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) est une technique couramment utilisée au laboratoire, qui integer amplification et detection quantitative des acides nucléiques en une seule étape. En diagnostic clinique, la qPCR est utilisér couramment pour le diagnostic précoce et le suivi des maladies infectieuses, du cancer et des maladies génétiques. Des systems automatisés ont été développés, qui permettent de preparer, amplifier et détecter les acides amines au sein d'un même appareil, apportant des résultats quantitatifs et fiables. Cependant, ces appareils sont coûteux, ils requièrent un personnel qualifié, ce qui limite leur accessibilité.
MagIA Diagnostics développe des immunotests rapides, sans lavage, basés sur une technologie qui combine micro-aimants, nanoparticules magnétiques fonctionnalisées (MNPs) et detection par fluorescence. Récemment (1), nous avons exploité la même technologie de fluorescence localisée magnétiquement pour détecté des molécules d'ADN amplifiées (Figure 1). La sensibilité et la spécificité de cet instrument est comparable à celles d'appareils de qPCR commerciaux.
Objectifs :
L'objectif du projet est d'intégrer la préparation et l'amplification des acides nucléiques dans une plateforme unique, permettant aussi la détection rapide d'ADN.
La purification magnétique des acides nucléiques est en effet réalisée couramment avec des particules magnétiques recouvertes de silice, sur laquelle l'ADN s'adsorbe. Dans ce cas, l'ensemble des acides nucléiques de l'échantillon sont purifiés avant amplification et détection. La spécificité est apportée par les amorces utilisées pour la qPCR. Cependant, l'adsorption des acides nucléiques sur la silice nécessite la présence d'agents chaotropiques incompatibles avec la PCR. L'échantillon doit donc être purifié séparément, avant l'amplification et la détection.
Sinon, il est aussi possible de dénaturer l'ADN et de l'hybrider sur des sondes spécifiques pour sélectionner les brins complémentaires (comme dans une biopuce ADN). La dénaturation thermique est à nouveau utilisée pour relâcher les molécules capturées. Dans ce cas, seules les molécules spécifiquement captures sont amplifies et détectées, ce qui accroît la sensibilité et la spécificité. The objective of the project is therefore to compare these two methods and select the one that better fit in the no-wash technology developed by MagIA diagnostics.
Environnement :
Le Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) est un laboratoire de science des matériaux, avec une expertise solide en physico-chimie. Le Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (G2ELab) est un laboratoire d'électrotechnique, ayant une forte expertise dans les applications du magnétisme. Ces deux laboratoires ont collaboré pendant plusieurs années pour développer des applications du magnétisme au domaine biomédical, ce qui a conduit à la création de la start-up MagIA diagnostics en 2017.
Fondée en 2017, MagIA diagnostics propose des solutions innovantes pour le diagnostic au Chevet du Patient permettant la détection rapide et combinée des Maladies Transmissibles Sexuellement. Basé sur une technologie d'immunotests magnétiques développée par le CNRS et des laboratoires de l'Université Grenoble Alpes, MagIA diagnostics bénéficie de 15 ans de recherche pour capturer localement des nanoparticules magnétiques sur des microaimants. Cette innovation permet de paralléliser de manière massive les immunotests, sans manipulation de fluide compliquée, et avec une grande économie de consommables biologiques.
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Context :
Quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) is a widely used technique that integrates nucleic acid sequence amplification and real-time detection in a single step, providing quantitative analysis. In clinical diagnostics, qPCR is commonly used for the early detection and monitoring of diseases, including infectious diseases, cancers and genetic diseases. Automated systems have been developed to prepare samples, amplify and detect nucleic acids, providing rapid and reliable results. However, these systems remain expensive and require sophisticated infrastructure and trained personnel, limiting their accessibility.
MagIA Diagnostics is developing rapid immunoassays based on a technology that combines micro-magnets, magnetic nanoparticles (MNPs), and fluorescence detection. In a recent work (1), we exploited the same magnetically localized fluorescence technology to detect amplified DNA molecules (Figure 1). The sensitivity and specificity of the instrument is comparable to that of commercial qPCR apparatus.
Objectives :
The objective of the project is to integrate nucleic acid preparation and detection in a single, fast, and small platform.
Magnetic preparation of nucleic acids is indeed commonly performed using glass-coated magnetic particles. In this case, all nucleic acids are purified before amplification and detection. The specificity is provided by the oligonucleotide probes used during the qPCR. However, nucleic acid adsorption on glass beads requires chaotropic agents that are incompatible with PCR. The sample should therefore be prepared separately, before its amplification and detection.
Alternatively, it is also possible to denature DNA molecules and hybridize them with specific probes to select complementary sequences (as in DNA microarrays). Heat denaturation can be again used to release the captured molecules. In this case, only specific nucleic acids are amplified and detected, which increases specificity and sensitivity.
The objective of the project is therefore to compare these two methods and select the one that better fit in the no-wash technology developed by MagIA diagnostics.
Environment :
The Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) is a material science lab with a strong expertise in physico-chemistry. The Grenoble Electrical Engineering lab (G2ELab) is an electrical engineering lab, with strong expertise in electricity and magnetism. Both have been collaborating for many years on the applications of magnetism to biomedical applications. This collaboration led to the creation of the start-up MagIA diagnostics in 2017.
Founded in 2017, MagIA diagnostics provides a groundbreaking Point-Of-Care solution for rapid and combined Sexually Transmitted Infection screening. Built on Magnetic ImmunoAssay technology developed by CNRS and Grenoble Alpes University laboratories, MagIA benefits from 15 years of research to locally capture nanoparticles onto micromagnets. This innovation allows massive immunoassay parallelization without complex fluid handling, enabling cost-effective production of consumables.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

47 PHYS - Physique

Profil de l'étudiant ou de l'étudiante : Un.e candidat.e diplômé.e d'un Master de Physique ou de Biophysique ou équivalent avec des connaissances préalable en instrumentation et électromagnétisme est recherché.e. Une expérience expérimentale des techniques d'amplification d'ADN et de fluorescence est un plus. L'esprit d'équipe, le goût de la recherche expérimentale, de l'analyse de données et une bonne maîtrise de l'anglais sont attendus.
Student profile : A candidate with a Master's degree in Physics or Biophysics or equivalent with prior knowledge of instrumentation and electromagnetism is sought. Experimental experience with DNA amplification techniques is a plus. Team spirit, taste for experimental research, data analysis and a good command of English are expected.