Développement de nouveaux outils et procédures microfluidiques pour la biologie
Dr Wenjin Xiao, Julia Linnea-Kallberg, Alix Londo
Notre objectif est de créer de nouvelles générations de dispositifs, d’outils et de procédures pour des applications biologiques et chimiques. Notre recherche est consacrée au développement et à l’utilisation de systèmes microfluidiques pour réaliser des expériences qui dépassent les possibilités des technologies existantes. Nos projets visent notamment à : (i) développer des plateformes et des stratégies microfluidiques permettant de caractériser et de comprendre l’hétérogénéité des tumeurs et son implication dans la recherche sur le cancer et la gestion des traitements ; (ii) créer de nouvelles générations de dispositifs microfluidiques pour la détection non invasive de biomarqueurs du cancer avec des applications dans la médecine personnalisée, la détection de la récurrence du cancer et le diagnostic du cancer.
Nous avons développé plusieurs générations de plateformes microfluidiques pour la création de sphéroïdes tumoraux multicellulaires en 3D pour l’étude de l’hétérogénéité tumorale et de la résistance à la thérapie. Cette technologie est actuellement en cours d’optimisation pour favoriser les caractéristiques à haut débit, la manipulation automatique, les analyses sur puce et la récupération de sphéroïdes uniques. Afin d’accueillir des études plus complètes, la plateforme microfluidique sera intégrée à d’autres technologies, par exemple l’impression 3D, pour permettre à la fois une manipulation précise du microenvironnement cellulaire et une complexité au niveau des tissus, l’objectif final étant d’anticiper la réponse des patients aux thérapies en utilisant des mimiques de tumeurs.
Nous avons également développé des plateformes microfluidiques à base de gouttelettes permettant des études unicellulaires à haut débit grâce à l’encapsulation, au tri et à la caractérisation des cellules dans les gouttelettes (collaboration Pr. JC Baret, CRPP, Univ. Bordeaux).
Publications:
Isothermal digital detection of microRNAs using background-free molecular circuit. G. Gines, R. Menezes, N. Kaori, A-S. Kirstetter, V. Taly* and Y. Rondelez. Science Advances (2020), 6(4):eaay5952. doi: 10.1126/sciadv.aay5952. Press release: https://www.espci.psl.eu/en/news/2020/dna-nanotechnology-to-detect-cancer-biomarkers link
Mechanical Characterization of Cells and Microspheres Sorted by Acoustophoresis with In-Line Resistive Pulse Sensing. Antoine Riaud, Wei Wang, Anh L.P. Thai, and Valerie Taly Phys. Rev. Applied 13, 034058 – Published 24 March 2020 link
Microfluidic extraction and digital quantification of circulating cell-free DNA from serum. K. Perez-Toralla, I. Pereiro, S.Garrigou F. Di Federico C. Proudhon F-C. Bidard J. Viovy J-L. Viovy, V. Taly* and S. Descroix. Sensors and Actuators B: Chemical. (2019), 286: 533-539. link
High throughput multiplexed fluorescence activated droplet sorting. O. Caen, S. Schuetz, M. Jammalamadaka, J. Vrignon, P. Nizard, T. Schneider, J-C. Baret and V. Taly* Microsystems & Nanoengineering (Recent journal of Nature group) (2018), 4:33. link
BIABooster: Online DNA Concentration and Size Profiling with a Limit of Detection of 10 fg/μL and Application to High-Sensitivity Characterization of Circulating Cell-Free DNA. CL. Andriamanampisoa, A. Bancaud, A. Boutonnet-Rodat, A. Didelot, J. Fabre, F. Fina, F. Garlan, S. Garrigou, C. Gaudy, F. Ginot*, D. Henaff, P. Laurent-Puig, A. Morin, V. Picot, L. Saias, V. Taly, P. Tomasini, A. Zaanan. Analytical Chemistry (2018), 90(6): 3766-3774. Press Release by CNRS: http://www2.cnrs.fr/presse/communique/5509.html link
Procédures microfluidiques de PCR numérique à base de gouttelettes pour la détection d’altérations génétiques et épigénétiques
Kariman Chaba, Benjamin Natagom, Geoffroy Poulet, Thomas Jet, Julia Linnea-Kallberg, Guillaume Beinse , Marie Metairie, Eef Van Den Borst, Wenjin Xiao
Les altérations génétiques et épigénétiques de l’ADN tumoral peuvent être utilisées comme biomarqueurs hautement spécifiques pour distinguer les cellules cancéreuses de leurs homologues normales. Ces biomarqueurs sont potentiellement utiles pour le diagnostic, le pronostic, le traitement et le suivi des patients. Afin d’obtenir la sensibilité et la spécificité requises pour détecter l’ADN tumoral rare dans les effluents corporels, en particulier dans les échantillons de sang, il est nécessaire de disposer d’une procédure simple, sensible et quantitative pour mesurer le rapport entre les gènes mutants et les gènes de type sauvage. Nous avons mis au point une procédure permettant la détection très sensible de l’ADN muté de manière quantitative dans des mélanges complexes d’ADN. Dans le travail original, en utilisant un système microfluidique basé sur des gouttelettes pour effectuer une PCR numérique dans des millions de gouttelettes de quelques picolitres, nous avons démontré la possibilité d’avoir une quantification précise et sensible de l’oncogène KRAS muté dans l’ADNg. Cette technique a permis de déterminer le déséquilibre spécifique des allèles mutants (MASI) dans plusieurs lignées cellulaires cancéreuses et de quantifier avec précision le gène KRAS muté en présence d’un excès de 200 000 fois de gènes KRAS non mutés. La sensibilité n’est limitée que par le nombre de gouttelettes analysées. En outre, il est également possible d’effectuer une analyse multiplex permettant la détection de plusieurs mutations différentes au sein d’un seul biomarqueur, de mutations dans différents biomarqueurs, ou même d’effectuer une analyse ciblée de l’ensemble de la voie. Nous avons maintenant développé des procédures numériques basées sur des gouttelettes pour la détection très sensible d’une large gamme de mutations, de variations du nombre de copies, d’hyperméthylation de l’ADN et pour l’analyse quantitative de l’expression des miARN et des ARNm. En particulier, plusieurs stratégies de détection numérique isotherme pour la détection de microARN à l’aide de circuits moléculaires ont été récemment développées en forte interaction avec les Drs Y. Rondelez et G. Gines (ESPCI, Gulliver Lab, Paris, France). Les objectifs futurs du projet sont l’optimisation et la validation de cette méthode en vue de son utilisation à grande échelle en oncologie clinique.
Récemment, en forte interaction avec le Dr Hélène team (UMRS1138, équipe FunGeST, hEGP, Paris) et David Veyer (hEGP, Paris), nous avons étendu nos recherches au développement de stratégies originales, basées sur la ddPCR, dédiées à la détection du SARS-CoV-2 ainsi qu’à la prise en charge et au suivi des patients atteints de COVID-19.
Publications:
Highly sensitive quantification of plasma SARS-CoV-2 RNA sheds light on its potential clinical value. D. Veyer, S. Kernéis, G. Poulet, M. Wack, N. Robillard, V. Taly, A.-S. L’Honneur, F. Rozenberg, P. Laurent-Puig, L. Bélec, J. Hadjadj, B. Terrier, H. Péré. Clinical Infectious Diseases, (2020), ciaa1196, doi: 10.1093/cid/ciaa1196. link
The digital MIQE guidelines update: minimum information for publication of quantitative digital PCR experiments for 2020 (dMIQE2020). J. F. Huggett, A. S. Whale, W. De Spiegelaere, W. Trypsteen, A. A. Nour, Y.-K. Bae, V. Benes, D. G. Burke, Philippe Corbisier, Megan Cleveland, Alison S Devonshire, lianhua DONG, Deniela Drandi, Carole Foy, J. A. Garson, J. Hellemans, H.-J. HE, M. Kubista, A. Lievens, M. Makrigiorgos, M. Milavec, R. D. Mueller, T. Nolan, D. O’Sullivan, M. W. Pfaffl, S. Roediger, E. Romsos, G. Shipley, V. Taly, A. Untergasser, C. Wittwer, S. Bustin, and J. Vandesompele. Clinical Chemistry, (2020), 66(8): 1012-1029. link
Emerging technologies for microRNA biosensing: applications to liquid biopsies. Gines, G., Menezes, R., Xiao, W., Rondelez, Y. and Taly, V.. Molecular Aspects of medicine (2019), 72: 100832. link
Assessment of Digital PCR as a Primary Reference Measurement Procedure to Support Advances in Precision Medicine. AS Whale, GM Jones, J. Pavšič, T. Dreo, N. Redshaw, S. Akyürek, M. Akgoz, C. Divieto, M.P. Sassi, H-J. He, K. D. Cole, Y-K. Bae, (…), L. Deprez, P. Corbisier, S. Garrigou, V. Taly, R. Larios, S. Cowen, D. M. O’Sullivan, C. A. Bushell, H. Goenaga-Infante, H. Parkes, C. A. Foy, A. J. Woolford, J. F. Huggett, A. S. Devonshire. Clinical Chemistry (2018), 64(9):1296-1307. link
RAS mutation analysis in circulating tumor DNA from patients with metastatic colorectal cancer: the AGEO RASANC prospective multicenter study. J. B. Bachet, O. Bouché, J. Taieb, O. Dubreuil, M. L. Garcia, A. Meurisse, C. Normand, J. M. Gornet, P. Artru, S. Louafi, F. Bonnetain, A. Thirot-Bidault, I. Baumgaertner, R. Coriat, D. Tougeron, T. Lecomte, F. Mary, T. Aparicio, L. Marthey, V. Taly, H. Blons, D. Vernerey, P. Laurent-Puig. Annals of oncology (2018), 29(5):1211-1219. link
Clinical relevance of KRAS-mutated sub-clones detected with picodroplet digital PCR in advanced colorectal cancer treated with anti-EGFR therapy. Laurent-Puig, P., Pekin, D., Normand, C., Kotsopoulos, SK, Nizard, P., Perez Toralla, K., Rowell, R., Olson, J., Srinivasan, P., Le Corre, D., Hor, T., El Harrak, Z., Li X., Link, D.R., Bouche, Emile, J-F., O., Landi, B., Boige, V., Hutchison, J.B. and Taly, V. Clinical Cancer Research (2015), 21(5):1087-97. link
Quantitative and sensitive detection of rare mutations using droplet-based microfluidics. Pekin, D., Skhiri, Y., Baret, J.-C., Le Corre, D., Mazutis, L., Ben Salem, C., Millot, F., El Harrak, A., Hutchison, J.B., Larson, J.W., Link, D.R., Laurent-Puig, P., Griffiths, A.D., and Taly, V.* Lab on a chip (2011), 11(13): 2156-66. Press Release by CNRS, Université de Strasbourg, Université Paris-Descartes and Max Plank Institute: http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2187.htm link
Applications des approches PCR numériques à base de gouttelettes dans la recherche sur le cancer
Jerome Alexandre, Bruno Borghese, Anne-Sophie Bats, Henri Azais, Kariman Chaba, Benjamin Natagom, Geoffroy Poulet, Thomas Jet, Julia Linnea-Kallberg, Guillaume Beinse, Marie Metairie, Eef Van Den Borst
La procédure numérique basée sur les gouttelettes présente de grandes potentialités pour la recherche sur le cancer. Par conséquent, parallèlement au développement d’outils microfluidiques quantitatifs très sensibles pour la détection de biomarqueurs du cancer, une partie de nos recherches est consacrée à leur validation. Des stratégies multiplexes ont ainsi été développées et validées pour l’analyse des altérations génétiques et épigénétiques spécifiques du cancer et de l’intégrité de l’ADN. Nos projets visent à évaluer l’utilisation de l’ADN tumoral circulant comme marqueur potentiel pour le suivi des patients et la gestion des traitements, ainsi qu’à étudier le rôle des sous-clones à faible fréquence dans le traitement du cancer. Nous nous concentrons principalement sur les cancers gynécologiques (PIs : Pr. J. Alexandre, Pr. B. Borghese, Pr. AS Bats, Dr H. Azais), les cancers digestifs (avec Pr. P. Laurent-Puig, Pr. J. Taieb, Pr. JB Bachet, Pr. A. Zaanan, Dr L. Benhaim, groupe 1), les cancers du poumon (avec le Pr H. Blons, groupe 1) et les cancers associés au HPV (avec le Dr H. Péré, le Dr D. Veyer et le Pr F. Lecuru), nous développons également des outils et des stratégies pour d’autres cancers à travers des projets collaboratifs (avec le Pr. J. Donadieu, Dr S. Héritier et Pr. JF. Emile pour l’histiocytose à cellules de Langerhans et la maladie d’Erdheim-Chester)
Publications:
HPV circulating tumoral DNA quantification by droplet-based digital PCR: a promising predictive and prognostic biomarker for HPV-associated oropharyngeal cancers. D. Veyer, M. Wack, M. Mandavit, S. Garrigou, S. Hans, P. Bonfils, L. Belec, S. Wang-Renault, P. Laurent-Puig, H. Mirghani, B. Rance, V. Taly, C. Badoual, H. Péré. International Journal of Cancer (2019), 15;147(4):1222-1227. link
Vemurafenib for refractory multisystem Langerhans cell histiocytosis in children: an international observational study. J. Donadieu, I. A. Larabi, M. Tardieu, J. Visser, H. Caroline, E. Sieni, N. Kabbara, M. Barkaoui, P. Milne, J. Haroche, Z. Helias, M. Jehanne, A. Kolenova, A. Pagnier, N. Aladjidi, P. Schneider, G. Plat, A. Lutun, A. Heisig, A. Ferster, V. Efremova, M. Ahlmann, L. Blanc, J. Nicholson, A. Lambilliote, H. Boudiaf, A. Lissat, K. Svojgr, F. Bernard, S. Elitzur, M. Golan, D. Evseev, M. Maschan, A. Idbaih, O. Slater, M. Minkow, V. Taly, M. Collin, J-C. Alvarez, J-F. Emile, S. Héritier. Journal of Clinical Oncology (2019). 37(31):2857-2865. link
Base-Position Error Rate Analysis of Next-Generation Sequencing Applied to Circulating Tumor DNA in Non-Small Cell Lung Cancer: A Prospective Study. N. Pécuchet, E. Zonta, A. Didelot, P. Combe, C. Thibault, L. Gibault, C. Luscan, Y. Rozenholc, V. Taly, P. Laurent-Puig, H. Blons, E. Fabre. Plos Medecine (2016), 13(12):e1002199. link
Early evaluation of circulating tumor DNA as marker of therapeutic efficacy in metastatic colorectal cancer patients (PLACOL study). F. Garlan, P. Laurent-Puig, N. Siauve, A. Didelot, G. Perkins, H. Blons, J. Taieb, V. Taly and A. Zaanan. Clinical Cancer Research (2017), 23(18):5416-5425. link
A Study of Hypermethylated Circulating Tumor DNA as a Universal Colorectal Cancer Biomarker. S. Garrigou, G. Perkins, F. Garlan, C. Normand, A. Didelot, D. Le Corre, S. Peyvandi, C. Mulot, R. Niarra, P. Aucouturier, G. Chatellier, P. Nizard, K. Perez-Toralla, E. Zonta, C. Charpy, A. Pujals, C. Barau, O. Bouché, J.-F. Emile, D. Pezet, F. Bibeau, J. B. Hutchison, D. R. Link, A. Zaanan, P. Laurent-Puig, I. Sobhani and V. Taly*. Clinical Chemistry (2016), 62(8): 1129-39. link
Programmes de recherche translationnelle en oncologie gynécologique
Jerome Alexandre, Anne-Sophie Bats, Bruno Borghese, Henri Azais, Benjamin Nayagom, Guillaume Beinse, Marie Metairie, Eef van den Borst
Deux programmes principaux axés sur le carcinome ovarien et le carcinome endométrial ont été lancés. Une plateforme translationnelle a été mise en place entre les hôpitaux universitaires de Paris afin d’optimiser le recrutement des patientes et la collecte des échantillons et des données. L’équipe translationnelle d’oncologie gynécologique comprend plusieurs investigateurs de l’Hôpital Européen Georges Pompidou (Dr H. Azais, Pr A-S. Bats) et de l’Hôpital Cochin (Pr J. Alexandre, Pr B. Borghese), ainsi qu’une équipe regroupant des chercheurs (Dr B. Nayagom), une étudiante en Master 2 avec une formation scientifique (Mme E. van den Borst), et des étudiants en Master 2 (Dr M. Metairie) / Doctorat (Dr G. Beinse) avec une formation médicale.
L’objectif du projet “cancer de l’ovaire” est de clarifier l’intérêt de l’ADN tumoral circulant (ADNc) comme marqueur diagnostique et pronostique et d’évaluer la réponse au traitement. Plusieurs signatures sont actuellement évaluées pour renforcer la qualité de la détection de l’ADNc, notamment par ddPCR. Ce travail est basé sur l’analyse des données cliniques et biologiques des patients inclus dans les protocoles prospectifs BIOVAIRE et CHIVA (NCT01583322).
En ce qui concerne le carcinome de l’endomètre, le groupe vise à développer des outils permettant à la fois un pronostic personnalisé et l’identification de cibles thérapeutiques en combinant la détection de l’ADNc par ddPCR pour l’évaluation de la maladie résiduelle après une chirurgie radicale, ainsi que des signatures transcriptomiques cliniquement applicables par polyA-RNASeq pour identifier des modèles pronostiques ou théranostiques. Ce projet (OncoGyn) a été lancé en tant que projet pilote en 2020 et fait actuellement l’objet d’un recrutement prospectif (http://carpem.fr/activites/les-plateformes/biobanques/projets-de-recherche-collection-oncocentre/). D’autres travaux en collaboration avec le groupe ARCAGY-GINECO sont envisagés.
Plateformes d’analyse toxicologique des produits chimiques et des médicaments
Dr Wenjin Xiao, Julia Linnea-Kallberg, Alix Londo
Notre objectif est de développer des plateformes d’analyse toxicologique à haut débit fiables permettant de déterminer avec précision les propriétés toxicologiques de n’importe quel xénobiotique (y compris, par exemple, les médicaments ou les polluants environnementaux). En outre, afin de disposer d’un outil sans précédent pour la toxicologie, ces plates-formes réduiront le nombre d’animaux nécessaires pour établir la sécurité d’un produit chimique. L’utilisation de la microfluidique numérique permettra de réaliser des expériences qui sont totalement hors de portée des technologies existantes. En permettant d’obtenir un niveau élevé d’informations (métabolisme, induction enzymatique, cytotoxicité, toxicité tissulaire, pénétration corporelle, etc.) pour des milliers ou des millions de composés, il ne fait aucun doute qu’une telle plateforme constituerait un grand avantage pour la protection de la santé humaine et de l’environnement. La complémentarité des différents éléments de notre plateforme permettra de réaliser des essais toxicologiques pour un nombre sans précédent de composés, ce qui conduira à la percée technologique nécessaire dans le domaine de la toxicologie.
Collaborations autour de projets et services à honoraires
Basé sur notre expertise dans le développement de nouveaux outils et stratégies pour l’analyse d’échantillons biologiques, notre équipe propose des projets de collaboration ou de services en oncologie ou en toxicologie (PI : Dr B. Nayagom).