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Accueil > Thèses et HDR > Thèses en 2018

29/11/2018 - Jonathan Cottet

par Laurent Krähenbühl - publié le , mis à jour le

M. Jonathan Cottet soutient sa thèse le 29/11/2018 à 14h00.
Lieu : Ecole Centrale de Lyon, bâtiment W1, amphithéâtre 3

Titre :
Développement de microsystèmes pour la formation contrôlée d’agrégats de cellules par diélectrophorèse

Jury :

  • Rapporteurs : Albert Van den Berg, Twente (NL) ; Olivier Français, ESIEE, Paris-Est.
  • Examinatrice-teur : Carlotta Guiducci, EPFL (CH) ; Anne-Marie Gué, LAAS-CNRS, Toulouse ; Antonio Ramos Reyes, Seville (E).
  • Encadrement : Philippe Renaud, EPFL (CH, co-Directeur) ; Marie Frénéa-Robin (co-Directrice) et François Buret (Directeur), Ampère, Lyon

Résumé :
Les agrégats cellulaires constituent un modèle intermédiaire entre les cellules uniques et les tissus cellulaires et sont utilisés dans de nombreux domaines tels que l’ingénierie tissulaire et le criblage de médicaments in vitro. La création de tels agrégats cellulaires dont les propriétés et la taille seraient contrôlées nécessite cependant le développement de nouvelles approches ascendantes. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à développer des microsystèmes pour la formation contrôlée d’agrégats de cellules sous flux via des champs électriques. Cette approche se base sur la diélectrophorèse (DEP), un phénomène induisant le déplacement des particules diélectriques lorsqu’elles sont placées dans un champ électrique non-uniforme. Un outil de calcul, MyDEP, a tout d’abord été développé afin d’être en mesure de prédire le comportement des cellules en suspension dans un certain milieu. Cet outil permet d’étudier la réponse diélectrique des particules et des cellules en fonction de la fréquence du champ. Il contient une base de données regroupant les propriétés diélectriques des cellules publiées dans la littérature afin d’aider tant les spécialistes que les utilisateurs néophytes à comprendre le comportement diélectrophorétique des particules et des cellules ainsi qu’à choisir les paramètres expérimentaux tels que la conductivité électrique du milieu et la fréquence du champ préalablement aux manipulations expérimentales en laboratoire. Différents designs pour le piégeage de cellules sont proposés avec les simulations, par la méthode des éléments finis en utilisant COMSOL Multiphysics, associées. Leur fabrication a nécessité le développement d’une méthode d’alignement reproductible, précise au micromètre, des microcanaux d’un polymère appelé le polydiméthylsiloxane (PDMS) avec des électrodes coplanaires en titane/platine déposées sur du verre via l’utilisation d’une aligneuse de masques conventionnelle. La méthode est basée sur l’utilisation d’un moule en silicium associé à un sarcophage en Poly(methyl methacrylate) (PMMA) afin de garantir le contrôle du parallélisme entre les parties supérieure et inférieure du PDMS moulé. Les puces contenant les différents designs de piégeage ainsi fabriquées ont été testées avec succès sur des cellules rénales embryonnaires humaines (HEK) à l’aide d’une installation expérimentale démontrant par là même la capacité des puces à créer des agrégats constitués d’un nombre contrôlé de cellules par diélectrophorèse. Les agrégats ainsi formés se sont avérés stables après 5 minutes de contact cellule à cellule sans qu’une séparation des cellules n’ait été observée. Le design d’un capteur par impédance a par ailleurs été proposé pour caractériser tant les cellules uniques que les agrégats cellulaires avant et après la chambre de piégeage. Celui-ci, associé au design de piégeage par DEP, a été testé expérimentalement avec succès pour détecter leur passage.

Mots-clé  :
Diélectrophorèse, Piégeage de cellules, Agrégats cellulaires, Microfluidique, Approche ascendante, Alignement du PDMS, Modélisation diélectrique, Spectroscopie d’impédance.