Stage de 4ème année, Mécanique, Développement d’un prototype semi-industriel d’un système microfluidique robotisé (Institut du cerveau et de la moelle épinière)

robotMaxcence Busnel, élève-ingénieur en 5ème année spécialité Mécanique et Conception des Systèmes a effectué son stage de 4ème année (D’une durée de 3 mois) au sein de l’institut du cerveau et de la moelle épinière (http://icm-institute.org).

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Résumé du projet : 

Les enjeux de la microfluidique sont nombreux. En effet , cette technologie permet de réaliser des expériences biologiques avec très peu de réactifs. Elle permet également de réaliser des microgouttes de quelques microlitres permettant ainsi d’encapsuler des cellules uniques. C’est sur ce marché que l’équipe Alzheimer de l’Institut de recherche sur le Cerveau et la Moelle épinière veut se positionner. Il convient donc de développer un système robotisé d’isolation de cellule par la microfluidique.

robotCe rapport de stage traite du développement d’un prototype semi industriel d’un système microfluidique robotisé.

Dans un premier temps, l’équipe a conçu un prototype de support de puce microfluidique s’adaptant sur un robot existant. Dans un second temps, il a fallu développer un système de visualisation de la génération des gouttes pouvant s’intégrer sur le support de puce microfluidique. Et finalement, l’équipe a développé une Interface Homme Machine (IHM) permettant de contrôler les différents facteurs qui interviennent dans la génération de microgouttes.


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Description du projet :

Les études de populations de cellules permettent de comprendre les mécanismes biologiques, normaux ou pathologiques. Cependant, il faut tenir compte de la particularité des cellules au sein d’une même population. Leur hétérogénéité peut noyer des informations significatives. Par exemple, il est essentiel de pouvoir étudier cellule par cellule les niveaux d’expression des gènes (Bontoux, 2008). Cet enjeu majeur en biologie reste un défi compte tenu de la faible quantité de matériel contenu dans une seule cellule.

L’équipe Alzheimer et maladies à prions a développé une puce microfluidique permettant d’encapsuler des cellules dans quelques nano litres. Elle a réalisé une plateforme permettant la création des gouttes encapsulant les cellules unique et leur récupération individuelle. Ce système a été breveté (Potier MC, 2010) par le Dr Marie Claude Potier et le Dr Luce Dauphinot. Il a pour avantages d’utiliser très peu de réactifs et d’être compatible avec tous les liquides. De plus la technologie utilisée est facile à mettre en place et peu couteuse.

Ce système a ensuite été utilisé en vue de deux applications différentes ; tout d’abord dans le but de réaliser des cultures monoclonales. Cela permet la création de lignées stables ou la production d’anticorps monoclonaux. D’autre part, une fois encapsulées dans ces nano réacteurs, il est possible de lyser les cellules, le contenu en ARN (acide ribonucléique) pouvant alors être transformé en ADN complémentaires puis amplifié, récupéré et analysé par technologie à grande échelle telles que Microarrays et NGS. Cela permettra d’obtenir un profil d’expression génique au niveau de cellules individuelles.

Cependant l’utilisation de ces puces est longue et peu reproductible. En effet, le processus n’est pas encore optimum et demande de nombreux réglages. L’idéal serait donc d’automatiser ce processus afin que les chercheurs gagnent du temps sur la manipulation des puces. C’est en ce sens que ce projet a été créé : développer un prototype semi-industriel d’un système microfluidique pour la récupération et l’étude de la cellule unique. Il convient donc de réaliser les tâches suivantes :

  • –  Concevoir le prototype d’intégration du système microfluidique sur un robot
  • –  Développer l’interface utilisateur
  • –  Etablir le cahier des charges pour l’appareil semi-industriel

Le projet se déroule au sein de l’équipe Alzheimer et maladies à prions sous la direction du Dr Marie Claude Potier et encadré par le Dr Luce Dauphinot (Ingénieur de recherche). Ce stage a été effectué en collaboration avec l’entreprise Primadiag qui fabrique le robot utilisé pour automatiser le processus d’isolation des cellules.

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robotPrésentation de l’ICM

L’ICM (Institut du Cerveau et la de Moelle épinière) est une fondation privée reconnue d’utilité publique qui a été fondée en 2005. 600 personnes travaillent dans différentes équipes dans le but de traiter et de soigner les maladies neurologiques et psychiatriques telles qu’Alzheimer ou

Parkinson ainsi que celles qui touchent la moelle épinière (paraplégie, tétraplégie…). L’institut bénéficie d’un centre de recrutement de patients optimal de par son implantation au cœur de l’hôpital de la Pitié Salpêtrière à Paris.

L’ICM travaille en partenariat avec de nombreux organismes tels que le CNRS (Centre Nationale de la Recherche Scientifique), l’UPMC (Université Pierre et Marie Curie) et l’INSERM (Institut national de la santé et de la recherche médicale).


« Durant ce stage de 3 mois au sein de l’Institut du Cerveau de la Moelle épinière j’ai pu découvrir le milieu de la recherche en biologie médicale. Je cherchais à entrer dans le domaine médical et cette expérience m’a conforté dans mon choix de débuter ma carrière d’ingénieur dans ce milieu.. 
J’ai ainsi pu apporter à l’équipe Alzheimer mes connaissances en conception mécanique et en fabrication. J’ai pu apprendre à programmer une interface homme machine en langage Visual Basic.

C’est également la première fois que je fabrique des pièces qui seront utilisées par la suite pour des manipulations biologiques.

Durant ce projet j’ai pu également développer mes compétences en gestion de projet. En effet j’ai dû fixer un planning au début du stage avec des objectifs de manière à respecter les délais et à s’organiser le mieux possible. »

Maxence Busnel