Développement d’un nouvel outil microfluidique de tri et caractérisation de cellules cancéreuses – ONCO-SCREEN

Le programme de recherché présenté est conduit conjointement par des partenaires Singapouriens et Français possédant une expertise avérée en biophysique, chimie analytique ultra-sensible, microfluidique et cancérologie, désirant élaborer un microsystème intégré permettant de quantifier simultanément les caractéristiques migratoires et l’expression génique de différentes cellules cancéreuses soumises à des environnements chimiques variables.
La migration des cellules cancéreuses sera induite et dirigée par un gradient de concentration de chimioattractant généré par un système microfluidique et les cellules seront séparées puis collectées dans des micro-chambres individuelles en fonction de leur vitesse de déplacement. Nous avons montré que les cellules se déplacent comme attendu dans l’outil microfluidique et nous voulons au travers de ce partenariat franco-singapourien intégrer dans ce système microfluidique un dispositif ultrasensible de détection sur puce d’expression de gènes. Notre but est de proposer à la communauté un outil scientifique permettant une caractérisation quantitative complète des cellules cancéreuses basée sur leur activité (vitesse et sens de migration) et leur signature moléculaire (expression génique) et examiner leurs adaptations en fonction de la nature de leur environnement.
Un système microfluidique diffusant des volumes de l’ordre du nano-litre d’une molécule chimioattractante (Facteur de croissance épidermique ou facteur 1 dérivé-stromal) dans une micro-chambre sera ensemencé par trois lignées humaines de cancer du sein (MCF-7, HBL-100, MDA-MB-231) choisies pour leurs propriétés migratoires très distinctes. L’analyse quantitative du sens et de la vitesse de migration ainsi que de la polarisation des cellules sera conduite par microscopie en temps réel assistée par ordinateur. Les cellules cancéreuses seront alors collectées (par utilisation de trypsine ou une méthode hydrodynamique) et caractérisées par la technique quantitative de transcription inverse –amplification par réaction en chaine (qRT-PCR) en ce qui concerne l’expression de certains gènes spécifiques des cellules épithéliales (E-cadhérine, béta-caténine) ou mésenchymateuses (vimentine, twist). Par la suite, un nouveau protocole sera développé afin de permettre la détection sur une puce intégrée de l’expression d’acides ribonucléiques messagers (ARNm) spécifiques des cellules MCF-7 (récepteur aux estrogènes), HBL-100 (beta-activine), et MDA-MB-231 (vimentine). Suite à leur migration et séparation dans la chambre chimiotactique chaque population cellulaire sera collectée dans des chambres individuelles et exposée à un champ électrique afin d’induire la dislocation des membranes plasmiques. Les ARNm cytoplasmiques libérés seront dirigés vers la zone de détection afin de réaliser une analyse moléculaire en utilisant une nano structure de détection électrique. Suite à l’hybridation entre l’ARNm cible et des sondes complémentaires immobilisées, une méthode d’amplification chimique permettra de générer une conductance électrique. Le courant mesuré sera proportionnel à la quantité d’hybrides stables formés et permettra d’associer une signature génique au phénotype de chacune des lignées cancéreuses. Nous pourrons également ainsi examiner l’effet d’un changement de l’environnement chimique sur le phénotype cellulaire et l’expression génique.
Ce projet va permettre la réalisation d’une nano structure électrique de détection d’ARNm, ultrasensible et rapide constituant un outil puissant pour de très nombreuses applications biologiques. La connaissance générée par ce projet aura un impact sociétal important grâce au développement d’un nouveau système de caractérisation sur puce (lab-on-chip) de cellules cancéreuses et va permettre d’accélérer le transfert des technologies microfluidiques et des nano-détecteurs à la recherche diagnostique et prédictive en cancérologie humaine.