Détection et Analyse de Biomarqueurs dans des milieux complexes

Le Lambe est un laboratoire plurisdisciplinaire de l'univeristé d'Evry Paris-saclay.

L'équipe où se déroulera le stage est pionnière dans le domaine des nanopores en France.

Elle utilise le confinement de biomoécules pour les détecter au niveau de la molécule unique et les identifier en utilisant des méthodes par apprentissage. Cette démarche permet d'identifier des biomarqueurs impliqués dans le développement de tumeurs ou de maladies vasculaires pour le diagnostic médical.

Le développement des technologies basées sur les nanopores constitue un axe majeur pour relever les défis sociétaux dans les domaines de la santé, de l'environnement et des biotechnologies, à l'échelle des ions, des molécules ou des particules individuelles.

Ces technologies sont utilisées aussi bien dans les domaines appliqués, comme la détection et l'analyse de biomarqueurs, qu’en sciences fondamentales visant à comprendre la dynamique des systèmes en milieu confiné. Les nanopores ont permis des avancées significatives dans la détection sélective, peu coûteuse, sans marquage et en temps réel de biomolécules, notamment l'ADN, les polysaccharides et les protéines. Ils constituent également des outils puissants pour l'étude des phénomènes de transport, des effets de confinement et des conformations moléculaires à l'échelle nanométrique.

Les nanopores biologiques ont démontré des performances remarquables dans les applications biomédicales, notamment pour le séquençage rapide de l'ADN, la détection de biomarqueurs et l'analyse d'acides aminés à l'échelle de la molécule unique. Cependant, ces systèmes présentent certaines limitations, notamment leur fragilité mécanique conduisant à une durée de vie relativement courte.

Afin de surmonter ces limitations, de nouvelles générations de nanopores biomimétiques à l'état solide ont été développées.

Ces nanopores à l’état solides se sont imposés comme des plateformes de détection robustes pour la caractérisation des conformations de l'ADN et des protéines. Leur diamètre de pore peut être ajusté avec une grande précision afin de correspondre à la taille de l'analyte cible, tout en offrant une meilleure stabilité chimique et mécanique que les nanopores biologiques.

Néanmoins, l'identification et la quantification directes de biomarqueurs de maladies dans des fluides biologiques complexes à l'échelle de la molécule unique demeurent un défi majeur. L'utilisation de ces nanopores dans des biofluides réels a été fortement limitée par deux obstacles fondamentaux : (1) l'obstruction rapide des nanopores due aux interactions non spécifiques avec les composants du biofluide ; (2) le bruit de fond généré par ces mêmes composants, qui masquent les signaux provenant des biomarqueurs cibles.

Récemment, nous avons surmonté ces deux limitations en développant une plateforme de nanopores solides assistée par polymère, capable d'identifier et de quantifier directement des biomarqueurs peptidiques dans du sérum humain à 20 %. Un réseau de chaînes de polymères semi-diluées génère alors une force motrice osmotique qui améliore la capture des peptides tout en réduisant simultanément les interactions non spécifiques responsables de l'obstruction des nanopores. Cette stratégie permet un fonctionnement stable des nanopores ainsi qu'une extraction fiable des signatures spécifiques des peptides directement dans un environnement biologique complexe.

Ces travaux ouvrent la voie au développement de dispositifs de diagnostic rapides pour une détection précoce des maladies, contribuant ainsi à la mise en œuvre d'interventions thérapeutiques personnalisées.

Objectifs du stage

Ce projet de stage de master vise à développer une plateforme de détection électrique capable d'identifier et de caractériser des biomarqueurs peptidiques et protéiques à l'échelle de la molécule unique. En s'appuyant sur des dispositifs situés à l'interface entre la nanofluidique et la microfluidique, cette approche permettra d'étudier les mécanismes fondamentaux de transport et de reconnaissance moléculaire tout en ouvrant la voie à de nouvelles technologies de diagnostic ultrasensibles.

Le candidat ou la candidate peut avoir une formation aux interfaces de la chimie, physique ou biologie et être capable de s'adapter à un environnement pluridisciplinaire. Des compétences en microfluidique ou en python seront appréciées