Technologies for genomic and epigenomic analysis: a new frontier for micro- and nano-fluidics

Abstract

Biology has become a mainstream field of research, fostering interactions between scientists specialized in physics, technology, and mathematics. The complexity of biological systems is full of challenges that can only be elucidated with the development of multiple techniques dedicated to the characterization of biological transactions. These transactions involve molecular interactions, which in turn may trigger signals at the body level, hence defining multi-scale scientific problems. In addition to scientific challenges, modern questions of the life sciences are expected to stimulate innovations to fulfill the growing demand for personalized diagnostics. Micro- and nano-technologies offer new solutions to manipulate and sense single cells or molecules with exquisite precision. Their complementarity with respect to conventional molecular biology techniques, which enable to characterize biological compounds at the batch level, is well established, yet their impact in molecular/cellular biology practices were disappointing compared to initial anticipations. Starting from our own research at the frontiers of physics and biology, we will try to identify opportunities for future developments in micro- and nano-technologies for life sciences. We will then propose projects focused on single cell whole-genome analysis that have retained our attention.Les sciences de la vie et de la santé sont aujourd'hui au centre d'intérêts scientifiques et économiques. Les aspects économiques sont présidés par le développement de nouveaux outils de diagnostic fiables, reposant sur des mesures parallélisées d'interaction moléculaires au niveau de l'ADN ou des protéines. L'intérêt scientifique est très pluridisciplinaire, car les mécanismes de la vie impliquent des réactions physico-physiques multiples, que l'on aborde avec des technologies nouvelles et des approches de modélisation encore à développer. Dans ce panorama, les micro- et nano-technologies sont appelées à apporter de nouvelles solutions car elles permettent de manipuler des cellules ou des molécules avec une grande précision temporelle et spatiale. Elles sont en outre complémentaires avec les outils classiques de la biologie cellulaire et moléculaire, qui permettent des analyses sur des échantillons de grande dimension. Pourtant les exemples de succès scientifiques à l'interface des sciences de la vie et de la biologie restent plutôt rares. Dans ce manuscrit, nous faisons un tour d'horizon sur l'émergence de nouvelles technologies dédiées à l'analyse du génome. Nous présentons certaines de nos contributions, et proposons quelques pistes pour de futures recherches, principalement focalisées sur l'étude des mécanismes d'instabilité du génome réalisée dans des populations contenant seulement quelques cellules

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oai:HAL:tel-00997069v1Last time updated on 11/8/2016

This paper was published in Thèses en Ligne.

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