Proposition de thèse :
Développement d’un dispositif pour l’étude in vitro de l’électroporation de structures cellulaires 3D de type sphéroïdes
Domaine et contexte scientifiques :


Le sujet proposé se positionne à l’interface entre biologie et physique. L’électroporation (EPN) est une méthode permettant d’introduire des molécules cibles (agents anti-cancers, ADN…) dans les cellules en déstabilisant temporairement leur structure membranaire à l’aide de champs électriques pulsés. Cette technique ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement du cancer par électrochimiothérapie (ECT) [1,2] ainsi que pour la thérapie génique [3] et le criblage génétique [4]. La pleine exploitation de son potentiel requiert cependant une compréhension approfondie de l’effet des impulsions électriques sur les cellules, ce qui suppose de tenir compte de leur organisation et de leur microenvironnement. Aussi, en complément des études théoriques et expérimentales menées in vitro pour comprendre l’impact du champ électrique sur des suspensions cellulaires, les expériences effectuées sur des sphéroïdes de taille et de géométrie contrôlées peuvent apporter des informations nouvelles à l’échelle mésoscopique.
Mots-clefs : Sphéroïdes – Hydrogels – Electroporation – Microfluidique
Contacts :
Julien Marchalot, MCF Laboratoire Ampère, Département Bioingénierie
Marie Frenea-Robin, MCF Laboratoire Ampère, Département Bioingénierie
Charlotte Rivière, MCF ILM, équipe Biophysique

Objectifs de la thèse :
Le présent sujet s’inscrit dans le cadre du projet « Troposphère » mené en collaboration avec l’ILM (Lyon) et l’INRIA de Bordeaux, soutenu par le CNRS (AAP MITI Modélisation du Vivant). Il vise à développer une solution permettant la culture et le suivi de sphéroïdes de taille contrôlée, leur changement de milieu, ainsi que leur électroporation au sein d’un seul et même dispositif, grâce à la combinaison de la microfluidique, de la plastronique 3D ainsi qu’à l’utilisation d’hydrogels microstructurés. En effet, les protocoles d’EPN impliquent plusieurs étapes de manipulation délicates pouvant potentiellement endommager les sphéroïdes, d’où le besoin de développer des outils technologiques innovants offrant une plus grande facilité d’utilisation, tout en permettant un haut rendement et des résultats reproductibles.
Ecole Centrale de Lyon – INSA de Lyon –
Université Claude Bernard Lyon 1
Laboratoire Ampère
Unité Mixte de Recherche du CNRS – UMR 5005
Génie Électrique, Électromagnétisme, Automatique,
Bioingénierie

Le microsystème ainsi développé devrait permettre d’obtenir des données sur les sphéroïdes permettant de combler le gap existant entre les échelles cellulaire et tissulaire au niveau de la modélisation de l’électroporation. Il constituera un outil précieux pour l’évaluation in vitro de l’efficacité d’un traitement reposant sur l’EPN, comme nous proposons de le démontrer sur deux exemples liés à l’ECT et à la thérapie génique (extinction génique).
Le (la) candidate recruté(e) aura accès aux infrastructures des laboratoires Ampère (plateforme Bioingénierie de 150 m2) et ILM ainsi qu’à la plateforme technologique NanoLyon de l’INL.
Profil du candidat recherché (prérequis)
Compte-tenu du caractère fortement pluridisciplinaire du sujet, différents profils de candidats pourront être étudiés (biophysique, microfluidique, génie électrique, biologie cellulaire…). Un bon niveau d’anglais et de rédaction est attendu, de même qu’un goût marqué pour l’expérimentation.
Compétences qui seront développées au cours du doctorat
Le/la candidate pourra acquérir des connaissances et des savoir-faire en lien avec la simulation multiphysique, la microfluidique, les hydrogels, la microscopie confocale et le traitement d’images, ainsi que la spectroscopie d’impédance. Il (elle) aura donc un bagage fortement multidisciplinaire à l’issue de la thèse. Il (elle) sera amené(e) à travailler en équipe entre deux laboratoires et devra prendre part à certaines tâches liées à l’organisation d’une plateforme de biologie (suivi de stocks de consommables par exemple). Il (elle) sera amené(e) à présenter régulièrement ses travaux à l’oral comme à l’écrit.
Perspectives professionnelles après le doctorat
Du fait du large spectre de compétences développées, plusieurs perspectives professionnelles sont envisageables après la thèse, tant au niveau académique qu’industriel. Les principaux secteurs industriels concernés seraient ceux du biomédical et des microtechnologies appliquées à la biologie, domaines en plein essor.
Ecole Centrale de Lyon – INSA de Lyon –
Université Claude Bernard Lyon 1
Laboratoire Ampère
Unité Mixte de Recherche du CNRS – UMR 5005
Génie Électrique, Électromagnétisme, Automatique,
Bioingénierie
Financement de la thèse
Contrat doctoral de l’ED EEA (Ecole Centrale de Lyon)
Modalités de candidature
Adresser un CV et une lettre de motivation à Julien.marchalot@insa-lyon.fr Marie.robin@univ-lyon1.fr avant le 25 février 2020


Références bibliographiques

  1. Escoffre, J.-M. & Rols, M.-P. Electrochemotherapy: Progress and Prospects. Current Pharmaceutical Design 18, 3406–3415 (2012).
  2. Calvet, C. Y. & Mir, L. M. The promising alliance of anti-cancer electrochemotherapy with immunotherapy. Cancer Metastasis Rev. 35, 165–177 (2016).
  3. Lambricht, L. et al. Clinical potential of electroporation for gene therapy and DNA vaccine delivery. Expert Opin. Drug Deliv. 13, 295–310 (2016).
  4. Laperrousaz, B. et al. Direct transfection of clonal organoids in Matrigel microbeads: A promising approach toward organoid-based genetic screens. Nucleic Acids Res. 46, (2018).