Développement de détection ultrasensible de biomolécules à l'aide de nanoparticules luminescentes: vers une nouvelle génération de tests diagnotiques

Topic description Contexte et enjeux La détection in vitro de marqueurs pathogènes (protéines, acides nucléiques) est cruciale pour le diagnostic des maladies infectieuses, des cancers et des pathologies inflammatoires. Les méthodes actuelles doivent concilier sensibilité et facilité d'utilisation, un défi difficile à relever. La détection d'acides nucléiques repose sur des techniques d'amplification (comme la qPCR), ultra-sensibles mais coûteuses et complexes à mettre en œuvre dans des environnements à ressources limitées. La détection de protéines utilise des immunoessais (ELISA, ECLIA) pour une haute sensibilité, ou des tests rapides (LFA) moins sensibles, limitant leur efficacité dans des matrices complexes. Approche innovante : les nanoparticules à base de lanthanides utilisées comme sondes de détection. Le projet exploite les nanoparticules de YVO₄:Eu, qui présentent une forte absorption UV, un grand décalage de Stokes, une excellente photostabilité, une stabilité colloïdale en milieu aqueux et une fonctionnalisation aisée, idéale pour une détection ultra-sensible de biomolécules. Nos travaux antérieurs ont démontré leur potentiel pour la détection de protéines sur bandelettes (LFA) et en format ELISA, avec comme principal défi la réduction des signaux non spécifiques. Objectifs du projet de thèse Optimisation des nanoparticules Contrôle de la taille et du rendement quantique pour les formats LFA et ELISA. Développement de nouvelles méthodes de fonctionnalisation pour réduire les signaux non spécifiques. Détection de protéines dans des échantillons complexes Conception d'instruments optiques pour la détection de la luminescence dans des milieux fluorescents (sérum, sang, eaux usées). Utilisation de la détection résolue en temps et de dispositifs portables. But : détection à très faible concentration (~fM) pour le titrage de biomarqueurs ou le suivi de l'expression protéique. Détection d'acides nucléiques sans enzymes et sans amplification Mise au point de méthodes d'hybridation ADN/ARN sur puces et sur bandelettes. Détection optique et évaluation des performances (sensibilité, reproductibilité) dans des tampons physiologiques (sang, salive, urine). But : développer des tests diagnostiques rapides et sans amplification par enzymes pour la détection d'ADN/ARN viraux. Validation clinique et benchmarking Collaboration avec des hôpitaux et partenaires pharmaceutiques pour évaluer les méthodologies développées par rapport aux dispositifs médicaux actuels. Benchmarking en vue d'un transfert technologique et d'une industrialisation. Aspect interdisciplinaire Ce projet rassemble des compétences en biochimie, optique, chimie des nanoparticules et imagerie, visant à établir une nouvelle méthode de référence pour le diagnostic médical quantitatif, alliant haute sensibilité, praticité et faible coût.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Context and Challenges The in vitro detection of pathogenic markers (proteins, nucleic acids) is essential for diagnosing infectious diseases, cancers, and inflammatory conditions. Current methods face trade-offs between sensitivity and practicality. Nucleic acid detection relies on enzyme-based amplification (e.g., qPCR), which is ultra-sensitive but costly and logistically demanding. Protein detection uses immunoassays (ELISA, ECLIA) for high sensitivity or lateral flow assays (LFA) for speed, but these lack either sensitivity or ease of use, especially in complex samples. Innovative Approach: Using Lanthanide-Based Nanoparticles as detection probes. The project leverages YVO₄:Eu nanoparticles, which offer: High UV absorbance, large Stokes shift, photostability, colloidal stability, and easy functionalization, making them ideal for high-sensitivity biomolecule detection. Previous work has shown these nanoparticles enable high-sensitivity protein detection on LFAs and ELISA-like formats, with non-specific signals being the main limit to sensitivity. PhD Project Objectives Optimization of Nanoparticles Size and quantum yield optimization for LFA and ELISA-like formats. New functionalization methods to reduce non-specific signals and improve passivation. Protein Detection in Complex Samples Develop optical instruments for luminescence detection in fluorescent media (serum, blood, wastewater). Use time-resolved detection and portable devices. Aim for ultra-low concentration detection (~fM) for biomarkers and protein expression monitoring. Amplification-Free Nucleic Acid Detection Develop DNA/RNA hybridization methods on chips and LFAs. Optical detection and performance evaluation (sensitivity, reproducibility) in physiological buffers (blood, saliva, urine). Goal: Fast, amplification-free diagnostic tests for viral DNA/RNA. Clinical Validation and Benchmarking Collaborate with hospitals and pharmaceutical partners to test methodologies against current medical devices. Benchmarking for technology transfer and industrialization. Interdisciplinary Aspect The project integrates biochemistry, optics, nanoparticle chemistry, and imaging, aiming to establish a new reference method for quantitative medical diagnostics—combining high sensitivity, practicality, and low cost.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Début de la thèse : 01/10/ Funding category Funding further details Appel anticipé*Concours IPP ou école membre*