Soutenance mémoire
Les microparticules suscitent de plus en plus d’intérêt dans de multiples domaines tels que les matériaux composites, les peintures, les revêtements, les recherches d’hydrocarbures, les matériaux adhésifs, les produits cosmétiques et les produits d’hygiène. Les avancées technologiques ont permis d’améliorer la synthèse des microbilles en contrôlant leurs propriétés physicochimiques. Le domaine biomédical s’est également beaucoup intéressé à ces microbilles pour diverses applications telles que : la bioséparation de protéines, la séparation cellulaire, la diffusion de médicaments in-situ, l’imagerie médicale en médecine nucléaire et les diagnostics par immunodosage. De récentes études se sont portées sur l’utilisation des microbilles pour le diagnostic biomédical à partir d’un échantillon de sérum de patient issu d’un prélèvement sanguin. Ces récents travaux de recherche ont démontré que les microbilles permettent de diminuer le volume de sérum utilisé, la quantité de réactifs, le temps de réaction et permettent d’augmenter la limite de détection par rapport aux techniques d’analyse actuellement utilisées dans les laboratoires d’analyses médicales.
Comprendre les allergies
Un enjeu sociétal fort
La société moderne est soumise aux contraintes environnementales dues à la présence de polluants dans l’air, l’eau et le sol responsables en partie de l’augmentation préoccupante des symptômes allergiques au sein de la population. En effet, l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) classe les maladies allergiques au quatrième rang parmi les maladies chroniques, touchant près de 30 % de la population des pays occidentaux . Un nombre qui a doublé en 20 ans notamment chez les enfants et les adolescents, par exemple l’allergie au lait de vache touche 10 % des enfants . L’OMS estime qu’une personne sur deux en sera affectée d’ici 2050 . De plus, le nombre de réactions allergiques sévères comme les chocs anaphylactiques est également en constante augmentation. C’est une réaction rapide, violente et potentiellement mortelle s’il n’y a pas une intervention médical rapide. particulier, le graphique montre que le nombre de cas de chocs anaphylactiques traités a été multiplié par 4 (40 à 190) chez la tranche d’âge des moins de 4 ans entre 1994 et 2004.
Les allergènes
La plupart des allergies peuvent être déclenchées par un grand nombre de protéines appelées : les allergènes. Ils proviennent de sources très variées (pollen, acariens, moisissures, insecte, nourritures et médicaments) . Par ailleurs, de nouveaux allergènes sont régulièrement découverts. Depuis 2004, 200 nouveaux allergènes sont identifiés chaque année en moyenne. Actuellement, 3 164 molécules ont été reconnues comme potentiellement allergéniques. Certains ne sont pas présents sous forme de protéines, mais de petites molécules comme la pénicilline ou le nickel. Cependant, ils déclenchent des symptômes allergiques par le même mécanisme, car ils ont la capacité de se lier avec une petite molécule appelée haptène.
L’allergie IgE reliée
Le système immunitaire a pour fonction de nous protéger contre les micro-organismes (bactéries, virus et parasites), les substances chimiques et le cancer. Ce système de défense est composé d’un grand nombre de cellules différentes et de protéines. Cet ensemble a deux rôles : dépister les microorganismes qui constituent une menace et les détruire à cause de leur nocivité. Il arrive malheureusement parfois, que le système immunitaire réagisse de manière excessive à des substances provenant du milieu extérieur et normalement inoffensives : les allergènes. Le mécanisme de réaction allergique se déroule en deux phases :
– La sensibilisation (premier contact)
– La réaction allergique (contact ultérieur) .
Lors de la phase de sensibilisation, après avoir détecté un allergène, le système immunitaire se met à fabriquer en très grandes quantités des anticorps. Appelés immunoglobuline E (IgE) , ce type d’anticorps peut se fixer sur des cellules spéciales : mastocytes et basophiles qui contiennent des granules toxiques. Durant la seconde phase, l’allergène est directement reconnu par les anticorps IgE. L’allergène se fixe sur les IgE présents à la surface des mastocytes provoquant la libération des granules toxiques. Elles contiennent de puissant irritants chimiques tels que l’histamine .
Plus la concentration d’IgE est importante, plus les symptômes seront importants . Les anticorps IgE sont dits spécifiques, ils reconnaissent un allergène précis. Par conséquent, il existe autant d’anticorps IgE différents que d’allergènes. Cependant, il est possible qu’un anticorps IgE reconnaisse et déclenche une réaction allergique pour un autre allergène différent de celui pour lequel il a été fabriqué, c’est le cas des allergies croisées . Un diagnostic d’allergies idéal doit permettre au patient de connaître sa réaction (allergies ou non) pour chaque allergène . Nous verrons dans la prochaine partie les différents outils de diagnostics mis à disposition pour les professionnels de la santé et les particuliers.
Diagnostics des allergies
Actuellement, on peut regrouper les technologies de diagnostics d’allergies en deux grandes catégories. Les tests de provocation sur la peau (in-vivo) et les tests d’analyse du sérum de patient (in-vitro) pour quantifier la concentration d’anticorps IgE.
Test in-vivo de provocation sur la peau : test de Prick
Les tests in-vivo effectués sur la peau dans le cadre d’un dépistage d’allergies ont été décrits pour la première fois en 1867. Le test de Prick est le plus répandu par sa simplicité de mise en place et d’interprétation des résultats. Il consiste à piquer et déposer à travers l’épiderme une goutte de solution allergénique sur la face antérieure de l’avant-bras ou le dos . C’est un test faiblement invasif et assez reproductible s’il est correctement effectué. Les résultats sont obtenus en 15 minutes. Un test positif se manifeste par une papule (un petit bouton ressemblant à une piqure d’orties) ayant un diamètre supérieur à 3 mm. Cependant, cette méthode présente des inconvénients majeurs. Ces tests ne peuvent pas être réalisés sur les patients souffrant d’eczéma aigue ou ayant un traitement antihistaminique. De plus, chez certains patients à risque, une réaction généralisée conduisant à un choc anaphylactique peut se produire .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Etat de l’art
1.1 Comprendre les allergies
1.1.1 Un enjeu sociétal fort
1.1.2 Les allergènes
1.1.3 L’allergie IgE reliée
1.2 Diagnostics des allergies
1.2.1 Test in-vivo de provocation sur la peau : test de Prick
1.2.2 Test in-vitro : principe de l’immunodosage en « sandwich »
1.2.3 Les outils de diagnostics d’allergies in-vitro commercialisées
1.3 Utilisation des microbilles dans le domaine du diagnostic des allergies
1.3.1 Particules magnétiques comme support solide
1.3.2 Particules polystyrènes comme support solide
1.3.3 Test d’agglutination de particules
1.4 Projet de diagnostic d’allergie par technologie microbilles développé au LTM
1.4.1 Préparation des extraits d’allergènes et biofonctionnalisation des microbilles
1.4.2 Incubation des microbilles PS avec le sérum de patient et tri magnétique
1.4.3 Assemblage des microbilles sur une surface microstructuré
1.5 Conclusion
Chapitre 2 : Biofonctionnalisation de microbilles
2.1 Introduction
2.1.1 Les microbilles
2.1.2 Les ligands (allergènes et anticorps)
2.1.3 Complexe de microbilles
2.2 Biofonctionnalisation
2.2.1 Biofonctionnalisation des microbilles polystyrènes
2.2.2 Biofonctionnalisation des microbilles superparamagnétiques
2.2.3 Dispositif expérimental
2.3 Caractérisation de la biofonctionnalisation
2.3.1 Microbilles polystyrènes
2.3.2 Microbilles magnétiques
2.4 Conclusion
Chapitre 3 : Développement d’une technologie de tri magnétique appliqué aux microbilles
3.1 Introduction au magnétisme
3.1.1 Le différentes catégories de matériaux magnétiques
3.1.2 Le superparamagnétisme
3.1.3 Les microbilles superparamagnétiques
3.2 Principe théorique
3.2.1 Magnétophorèse et force magnétique
3.2.2 Séparation magnétique
3.3 Mise en place du dispositif expérimental
3.3.1 Les séparateurs magnétique
3.3.2 Mesure de la vitesse magnétophorétique et de la force magnétique des microbilles SPM
3.3.3 Mise en évidence du phénomène d’agglomération des microbilles SPM
3.3.4 Protocole détaillé du tri magnétique
3.4 Performances du tri magnétique
3.4.1 Influence de la taille des microbilles
3.4.2 Influence de la quantité des microbilles
3.4.3 Influence du temps de réaction
3.4.4 Evolution du tri magnétique en fonction de la concentration d’anticorps primaires
3.5 Conclusion
Chapitre 4 : Développement d’une technologie d’assemblage gravitationnelle de microbilles en 4 étapes ultra-rapides pour le comptage de particules
4.1 Méthode d’assemblage de microbilles sur une surface structurée
4.1.1 Phénomènes physiques mis en jeu lors de l’évaporation
4.1.2 Assemblage de particules uniques sans évaporation
4.1.3 Assemblage par évaporation naturelle
4.1.4 Assemblage par évaporation contrôlée
4.2 Observation de l’assemblage thermodynamique de microbilles
4.2.1 Montage expérimental
4.2.2 Observations et résultats
4.3 Développement de la technologie d’assemblage gravitationnel en 4 étapes
4.3.1 Etape 1 : dissolution des bulles d’air
4.3.2 Etape 2 : sédimentation
4.3.3 Etape 3 : piégeage thermique
4.3.4 Etape 4 : Balayage capillaire
4.4 Dispositif expérimental
4.4.1 Description du dispositif expérimental
4.4.2 Fabrication de la cellule microfluidique
4.5 Etude des points de fonctionnement
4.5.1 Etape 1
4.5.2 Etape 2
4.5.3 Etape 3
4.5.4 Etape 4
4.6 Performances de la technologie d’assemblage gravitationnel
4.6.1 Etude de l’influence de la concentration de microbilles sur le taux d’assemblage
4.6.2 Réalisation d’assemblages successifs
4.7 Conclusion
Conclusion générale
