Soutenance de thèse de Isaure LE CARDINAL DE KERNIER

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : OPTIQUE, PHOTONIQUE ET TRAITEMENT D'IMAGE
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Microscopie,Imagerie grand champ,Hematology,Phase imaging,Miniaturization,
Keywords
Microscopy,Large field of view,Hematology,Phase imaging,Minisaturisation,
Titre de thèse
Cytométrie par imagerie grand champ en phase et fluorescence. Applications en hématologie.
Cytometry by wide field phase and fluorescence imaging. Applications in hematology.
Date
Vendredi 18 Octobre 2019 à 10:00
Adresse
17 avenue des Martyrs 38000 Grenoble
Salle des thèses
Jury
Directeur de these M. Serge MONNERET Institut Fresnel, Aix Marseille Université
Examinateur M. Björn KEMPER Biomedizinisches Technologiezentrum der Medizinischen Fakultät Münster
Examinateur Mme Anne SENTENAC Institut Fresnel, Aix Marseille Université
Rapporteur M. Vincent COUDERC XLIM, Université de Limoges
Rapporteur M. Vincent STUDER Institut interdisciplinaire de neurosciences, Université de Bordeaux

Résumé de la thèse

L’analyse de populations cellulaires sanguines permet de détecter de nombreuses pathologies cliniques. Un grand nombre de cellules doit être pris en compte de manière à obtenir un résultat statistiquement répétable, et donc un diagnostic fiable. Les systèmes équipant les laboratoires spécialisés sont basés sur la cytométrie de flux, ils effectuent des mesures séquentielles pour chaque paramètre et pour chaque cellule. Afin d’accélérer le processus d’analyse et de minimiser la complexité et le coût des systèmes associés, l’enjeu est de maximiser le contenu informationnel des acquisitions, afin d’en réduire le nombre. Le développement de nouveaux outils devrait permette de mieux répondre à cette problématique. Dans cette thèse nous étudions l’imagerie grand champ comme alternative à la cytométrie de flux. L’objectif est de développer un système basé sur des contrastes optiques et permettant l’étude de populations cellulaires tout en préservant une résolution subcellulaire. Nous suivons une approche multi-échelle et multimodale pour détecter, caractériser et classifier les cellules sanguines. Pour évaluer la faisabilité et la pertinence clinique de la méthode, nous avons mis au point deux systèmes, appelés respectivement mesoscope et miniscope. Le mesoscope, basé sur des développements optiques, couple les contrastes de phase et de fluorescence. La complémentarité des critères morphologiques et de l’expression spécifique d’un fluorophore permet une classification cellulaire, afin par exemple d’évaluer le taux d’érythrocytes infectés par le parasite Plasmodium falciparum. Les résultats sont systématiquement comparés aux méthodes de références. Afin de répondre aux enjeux posés par les analyses délocalisées, le système doit être miniaturisé. Nous proposons une architecture pour un imageur bimodal sans lentilles, le miniscope.

Thesis resume

Blood cell population analyses allow detecting a wide scope of clinical disorders, ranging from anemias to malaria. A very large number of cells ought to be considered so as to ensure the statistical significance of the result, and in turn, yield a reliable diagnosis. Currently, hematology analyses are based on flow cytometry techniques and performed in specialized laboratories. In these devices, high throughput is obtained at the expense of the information content of each acquisition. To reduce the time-to-result, and to minimize the complexity and cost of the systems dedicated to analyzing cell populations, the current need is to reduce the number of acquisitions and optimize the information content. This thesis focuses on single-shot image cytometry as an alternative to flow-based cytometry. It aims at obtaining a set-up based on optical contrasts for the study of large cell populations while preserving the ability to resolve individual cells. We investigate a multi-scale and multi-modal approach to detect, characterize, and classify blood cells. To evaluate the feasibility and clinical relevance of the method, we developed two proof-of-concept set-ups, respectively called the mesoscope and the miniscope. The mesoscope, based on optical developments, combines phase contrast with fluorescence. The complementarity of morphological features and the expression of specific fluorophores enables us to accurately classify blood cells, and for example assess Plasmodium falciparum parasitemia in whole blood samples. The results are benchmarked to reference techniques. However, to address the need for point of care analyses, the system should be miniaturized. Hence, we designed the miniscope, a chip-based bimodal imager.