Plate-forme du Lab-en-Gouttes pour la découverte de biomarqueurs de glycoprotéines: de la conception de l'appareil à l'application en diagnostique – DropLab

1) Conception du système d'électrophorèse capillaire numérique (DCE) en mode ouvert avec l'analyse par injection séquentielle
2) Séparation par DCE des glycanes de transferrine humaine (Tf) après la N-déglycosylation
3) Traitement des échantillons en gouttes microfluidiques pour la libération et le marquage fluorescent des glycanes de Tf
4) Développement de la plate-forme Lab-in-Droplet pour la cartographie des modèles de glycane de Tf

1) Un nouvel instrument d'électrophorèse capillaire modulaire qui peut être construit à partir de différents modules microfluidiques, optiques et électrophorétiques. Cet instrument peut être adapté à l'injection et à la séparation d'analytes à partir d'une gouttelette micrométrique.
2) Une nouvelle méthode d'électrophorèse capillaire avec préconcentration en ligne d'oligossacharides plus performante que le kit commercial (en termes d'intensité du signal et de capacité de pic).

En termes d'innovation, la plate-forme du Lab-in-Droplet fournira un nouvel outil pour élucider les défauts de glycosylations en lien avec des pathologies mais aussi le DCE ‘méso-échelle’ qui viendra combler le vide encore peu exploré entre la CE et le laboratoire sur puce. En termes de contribution économique, le Lab-in-Droplet accélérera la découverte de nouveaux biomarqueurs en relation avec des glycosylations altérées et conduira au développement de nouveaux outils de diagnostic permettant de réduire les coûts de santé et de soins grâce à un meilleur suivi du patient et de son traitement et à des diagnostics plus précis, précoces et discriminants. La plate-forme du Lab-in-Droplet pourrait ouvrir un nouveau marché, celui des dispositifs analytiques faible cout et peu sophistiqués.

1. Analytica Chimica Acta, Volume 1143, 2021, Pages 281-297
2. Analytica Chimica Acta, Volume 1135, 2020, Pages 47-54
3. The 36th International Symposium on Miscoscale Separations and Bioanalysis MSB 2020 - Oral presentation
4. The 26th international symposium on electro- and liquid phase separation techniques - ITP 2019 - Oral presentation
5. Application note on the website of Fluigent - the leading company worldwide in microfluidics

Ce projet vise à développer une nouvelle plateforme analytique, appelée le Lab-in-Droplet, qui intègre i) un traitement d'échantillon en gouttes reposant sur des billes magnétiques et ii) l’électrophorèse capillaire de gouttes, appelée «Digital CE» (DCE). Ce Lab-in-Droplet offrira à la fois un traitement efficace des échantillons et une séparation résolutive des analytes dans des gouttes nanométriques. Ce sera la première plateforme capable de coupler des modules de traitement d'échantillons et de séparation d'analytes en évitant les incompatibilités de volumes de travail et surmontant les défis instrumentaux et méthodologiques rencontrés lors de l'intégration de modules analytiques. Pour démontrer l'applicabilité du Lab-in-Droplet, la plateforme sera utilisée pour cartographier les glycanes de la transferrine humaine (Tf), servant au diagnostic de l'abus chronique d'alcool et au dépistage des troubles congénitaux de glycosylation (CDG). Le module de traitement d'échantillons à base de billes magnétiques servira à la N-déglycosylation, le marquage fluorescent de glycanes avant la cartographie des glycanes réalisée par DCE. Dans un cadre d'application plus vaste, la plateforme du Lab-in-Droplet fournira un nouvel outil d'élucidation des mécanismes pathologiques conduisant à des glycosylations anormales, et servira à la découverte de nouveaux biomarqueurs glycosylés de pathologies. Notre objectif de recherche à long terme est de convertir le nouveau concept du Lab-in-Droplet en un outil robuste, polyvalent et à haut débit pour des analyses sélectives et sensibles de divers biomarqueurs, notamment les glycopeptides et les glycoprotéines dans les matrices biologiques. Cet outil sera réalisé dans un format ‘meso-échelle’, avec une fonctionnalité d'automatisation complète pour apporter la robustesse et de la transportabilité. Différents ‘work packages’ (WPs) sont prévus pour la réalisation du projet: i) la conception du système du DCE avec l’analyse séquentielle par injection (SIA), ii) la séparation par DCE des glycanes de la transferrine humaine après N-déglycosylation; iii) le traitement des échantillons en gouttes pour la libération et le marquage fluorescent des glycanes de la Tf et iv) le développement de la plate-forme du Lab-in-Droplet pour cartographier les glycanes de la Tf. Pour aider à la mise en œuvre de ce projet, un réseau de collaborations multidisciplinaires a été imaginé, avec le partenaire stratégique et clinique de l’Hopital Bichat (Paris) et des collaborateurs de l'Institut Curie (Paris) et de l'Université de Bâle (Suisse). Le projet proposé, tout en étant en toute cohérence avec les thématiques principales de l'équipe de rattachement du jeune chercheur sur le développement de méthodologies électrocinétiques, la découverte et l'analyse de biomarqueurs basés sur des protéines / peptides, apportera une nouvelle expertise au groupe par le DCE et le traitement des échantillons en gouttes. En termes d'innovation, la plate-forme du Lab-in-Droplet fournira un nouvel outil pour élucider les défauts de glycosylations en lien avec des pathologies mais aussi le DCE ‘méso-échelle’ qui viendra combler le vide encore peu exploré entre la CE et le laboratoire sur puce. En termes de contribution économique, le Lab-in-Droplet accélérera la découverte de nouveaux biomarqueurs en relation avec des glycosylations altérées et conduira au développement de nouveaux outils de diagnostic permettant de réduire les coûts de santé et de soins grâce à un meilleur suivi du patient et de son traitement et à des diagnostics plus précis, précoces et discriminants. La plate-forme du Lab-in-Droplet pourrait ouvrir un nouveau marché, celui des dispositifs analytiques faible cout et peu sophistiqués. Un transfert de la technologie est prévu, dans l'espoir de convertir le prototype de recherche du Lab-in-Droplet en un produit commercial.