Thèse Développement de Détection Ultrasensible de Biomolécules à l'Aide de Nanoparticules Luminescentes Vers une Nouvelle Génération de Tests Diagnotiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : LOB - Laboratoire d'Optique et Biosciences Direction de la thèse : Antigoni ALEXANDROU ORCID 0000000337276863 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 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 oeuvre 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 YVO: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. The in vitro detection of pathogenic markers or biomarkers, either proteins or nucleic acids, is crucial for the diagnosis of numerous conditions, e.g. viral infectious diseases, cancers, or inflammatory pathologies. Their efficiency relies on (i) their sensitivity, to identify pathogens at relevant concentrations, and (ii) their practicality, to allow their implementation possibly at low cost or in a context with limited logistics. However, these requirements are difficult to fulfill simultaneously, notably in the case of some pathogenic toxins, low-concentration biomarkers, bacterial or viral proteins, DNA, or RNA. The detection of nucleic acid for medical purposes relies mostly on amplification-based techniques, mainly qPCR which - though ultra-sensitive (down to 10-100 cp/mL, sub-aM) - are costly and difficult to implement in low-ressource environments. Protein detection, on the other hand, relies mostly on immuno-detection either on sensitive (typically pM-sensitivity) laboratory formats [Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA), Electro-Chemi-Luminescence Immuno-Assay (ECLIA)] or fast, low sensitivity detection on strips [Lateral Flow Assays (LFA)]. These approaches suffer either from a lack of sensitivity or practicality, which may limit both the efficient detection of pathogens for diagnosis, notably in complex matrices, and the development of emerging biomarkers.

M2 interdisciplinaire Biologie-Chimie-Physique
capacité de travail autonome et en équipe, motivation forte pour la recherche interdisciplinaire