Résumé : Le développement de méthodes de diagnostic précoce qui soient à la fois rapides, sensibles, portables et économiques sont aujourd’hui un enjeu majeur pour l’amélioration des soins de santé, en particulier en médecine d’urgence ou dans les zones à infrastructures limitées. La détection et la prise en charge rapides des maladies, qu’elles soient infectieuses, chroniques ou émergentes, jouent un rôle central dans la réduction de la mortalité et la maîtrise des épidémies. Consciente de ces besoins, l’Organisation mondiale de la santé (OMS) a proposé dès 2006 un ensemble de critères connus sous l’acronyme REASSURED (Real-time connectivity, Ease of specimen collection, Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free, Deliverable to end-users), définissant ainsi les standards que doivent atteindre les tests de diagnostic Point-Of-Care (POC). Pour répondre à ces besoins, l’essor des micro- et nano-biotechnologies au cours des dernières décennies a ouvert la voie à une nouvelle génération de plateformes analytiques miniaturisées. Les technologies dites lab-on-a-chip (laboratoire sur puce) en sont le parfait exemple puisqu’elles permettent d’intégrer, sur des dispositifs de très petite taille, des fonctions autrefois réservées à des laboratoires centralisés et coûteux. Ces technologies ouvrent de nouvelles perspectives pour des tests accessibles, fiables et déployables sur le terrain.
Dans ce contexte, une biopuce brevetée à base de capteurs à magnétorésistance géante (GMR) a été mise au point afin de détecter magnétiquement des cibles biologiques. Cette approche repose sur le marquage magnétique de cibles biologiques à l’aide de nanoparticules magnétiques fonctionnalisées avec des anticorps spécifiquement dirigés contre les cibles d’intérêts. La détection dynamique de ces dernières, introduites dans un canal microfluidique, est effectuée par des capteurs GMR, qui sont disposés face à face de chaque côté du canal microfluidique, permettant de détecter simultanément les cibles biologiques marquées. La première partie de cette thèse est consacrée à une étude préliminaire complète et détaillée de cellules cancéreuses (cellules de myélome murin NS1) afin d’évaluer les performances de la biopuce GMR en tant qu’outil de diagnostic. Pour cela, plusieurs critères tels que la spécificité, la sensibilité, la reproductibilité ainsi que la robustesse de la détection ont été évalués dans une matrice semi-complexe sans prétraitement des échantillons. Les résultats obtenus ont été prometteurs puisque les spécificité et sensibilité des mesures a été démontrée avec une limite de détection moyenne de 500 cellules/mL.
Ces résultats ayant démontrés la pertinence et l’intérêt de la biopuce GMR en tant qu’outil de détection, une seconde étude portant sur la détection de bactéries pathogènes impliquées dans le sepsis a été réalisée. Dans cette seconde partie de l’étude, les travaux ont été effectués sur différentes espèces bactériennes (Salmonella, Enterobacter cloacae et Escherichia coli) qui diffèrent des cellules étudiées auparavant par leur taille (dix fois plus petite) mais aussi par les antigènes exprimés à leur surface. Il a donc fallu effectuer de nombreux tests préliminaires pour choisir les anticorps et les nanoparticules magnétiques les plus adaptés à l’étude de ces nouvelles cibles. La microfluidique de la biopuce a également été modifiée afin de pouvoir détecter les bactéries marquées magnétiquement.
Les résultats obtenus sont encourageants et prouvent qu’une détection de bactéries pathogènes est possible mais met également en lumière la complexité de la sélection de nouveaux anticorps, des difficultés de marquage liées à l’utilisation de nouvelles nanoparticules et une réflexion globale due au redimensionnement des canaux microfluidiques. En parallèle de ces essais, un travail de miniaturisation du dispositif expérimental a été réalisé dans le but de s’approcher au mieux d’un test POC léger et transportable.