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Défis technologiques >> Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux
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Développement d'un dispositif médical pour la détection simultanée haute sensibilité de biomarqueurs sanguins pour la prise en charge terrain des patients en souffrance cardiaque

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Biologie et Architecture Microfluidiques

Ecole d'ingénieur ou master en ingénierie biomédicale

01-09-2020

SL-DRT-20-0451

myriam.cubizolles@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les systèmes de santé doivent s'adapter à de nouvelles contraintes sociétales et économiques, et elles s'avèrent un défi majeur à relever dans le cadre de la médecine du futur. Dans les situations d'urgence où la prise de décision du praticien doit être rapide et efficace, les dispositifs d'analyses in vitro au chevet du patient (POC) fournissent une aide précieuse au diagnostic pour améliorer le soin des patients. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans ce contexte, afin d'explorer une nouvelle voie de dosage de biomarqueurs sanguins (protéines, petites molécules), alternative au « gold standard » que sont les immuno-essais de type ELISA, utilisant une immuno-détection couplée à une amplification enzymatique. Nous proposons d'étudier une approche innovante afin de mettre au point un dispositif médical pour la détection très sensible de différents biomarqueurs sanguins représentatifs de pathologies cardiaques. Cette démarche est basée sur l'utilisation de réactifs originaux (aptamères) permettant une amplification biomoléculaire isotherme multiplexée, rapide et haute sensibilité, couplée à l'intégration et l'automatisation du protocole dans des cartouches microfluidiques dédiées. Le dispositif médical développé sera testé sur des échantillons cliniques.

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Dispositifs intégrés couplant micro-aiguilles et bioélectrodes pour la détection électrochimique transdermique

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

Master 2 Chimie, spécialité polymères ou électrochimie

01-10-2020

SL-DRT-20-0673

isabelle.texier-nogues@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les capteurs électrochimiques suscitent un intérêt considérable en raison de leur immense potentiel de surveillance portable et rapide de la santé des personnes. Les dispositifs actuels sont limités à la détection d'un seul analyte (principalement du glucose) dans des biofluides, sur de courtes périodes, en utilisant une collecte d'échantillons invasive. Dans cette thèse, nous proposons de combiner la technologie des capteurs électro-enzymatiques à un échantillonnage de fluide interstitiel à base de micro-aiguilles (MN), peu invasif et indolore, pour la détection rapide de différents biomarqueurs (par exemple, le glucose et le nitrate). L'objectif est d'établir une plate-forme sensible et pratique pour la détection des analytes afin d'améliorer le profilage métabolique du diabète et des maladies cardiovasculaires. Cette thèse explorera l'utilisation de microaiguilles formant un hydrogel (par exemple à base de polysaccharides) couplées à des systèmes à une / deux bioélectrodes pour la transduction de signaux électrochimiques. Les propriétés mécaniques et structurelles de la phase polymère, et les performances des capteurs, seront caractérisées et optimisées. Des tests de tolérance seront effectués avec les premiers prototypes sur des rongeurs. La thèse se déroulera au DTBS CEA Grenoble, ainsi qu'au Dpt. de Chimie Moléculaire (UGA, collab. Dr. Gross). Le candidat sera titulaire d'un Master 2 en Chimie, spécialité chimie des polymères, biomatériaux ou électrochimie.

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Simulations acoustiques transcrâniennes et imagerie adaptative rapides pour la dosimétrie personnalisée en thérapie ultrasonore du cerveau

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Acoustique

école d'ingénieur ou master 2 simulation, imagerie

01-10-2020

SL-DRT-20-0700

sylvain.chatillon@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Le traitement des maladies cérébrales reste très difficile, principalement en raison du faible accès des agents pharmacologiques au cerveau dû à la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE). La focalisation d'ondes ultrasonores de faible intensité au sein du cerveau, combinée à des microbulles circulantes (agents de contraste ultrasonores), augmente considérablement la libération du médicament dans le tissu cérébral, avec un effet thérapeutique établi dans de nombreux modèles animaux. Cette perméabilisation de la BHE est non invasive, locale et réversible à condition que l'intensité du faisceau soit bien contrôlée à travers le crâne car l'implosion de microbulles pourrait entraîner des microhémorragies. La structure et la géométrie complexe de l'os du crâne conduisent à une forte atténuation ainsi que des déphasages spécifiques du front d'onde ultrasonore lors de sa traversée. Les caracxtéristiques de la tâche focale sont fortement altérées et le recours à la simulation personnalisée est inévitable afin de garantir une thérapie reproductible, contrôlée et sûre. Ces aberrations peuvent être corrigées en utilisant une sonde ultrasonore multiéléments de grande ouverture associée à des lois de retards calculées notamment à partir de modèles de propagation des ondes ultrasonores, utilisant une description de la morphologie du crâne obtenue par IRM ou tomodensitométrie (CT). En outre, la relative instabilité des microbulles rend nécessaire la surveillance de leur activité de cavitation afin de pouvoir intervenir en temps réel en cas de signature acoustique annonçant un risque de lésion définitive des tissus (cavitation ultra-harmonique et large bande). Ainsi, dans les travaux précédents de NeuroSpin, l'utilisation d'une boucle de rétroaction basée sur des détecteurs passifs de cavitation permet de garantir la sécurité du protocole chez le macaque. Pour aller plus loin que la simple détection de ces signaux, il serait souhaitable de pouvoir cartographier cette activité à travers le crâne à l'aide d'imagerie passive avec correction d'aberration à la réception. L'objectif de la thèse est d'adapter et d'optimiser les outils numériques de simulation et d'imagerie développés par le CEA-LIST pour les applications de Contrôle Non Destructif (CND) afin: (i) de prédire et de corriger le champ de pression obtenu lors d'un traitement par ultrasons focalisés transcrâniens et (ii) d'améliorer de manière significative la qualité de la cartographie passive de cavitation acoustique pendant l'intervention. Cette thèse, menée en collaboration entre l'équipe de S. Chatillon à la DRT/LIST et celle de B. Larrat à la DRF/JOLIOT/NeuroSpin, comportera les trois étapes suivantes : - Validation du modèle de propagation sur des échantillons de crânes humains. - Optimisation de la trajectoire pour atteindre un point cible à traiter (problème inverse). - Imagerie transcrânienne de l'activité de cavitation des microbulles pendant l'intervention

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Fonctionnalisation antimicrobienne de nanostructures par dépôt chimique phase vapeur par polymérisation amorcée in situ

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie, Capteurs et Biomatériaux

M2 chimie des matériaux, chimie des polymères

01-10-2020

SL-DRT-20-0814

guillaume.nonglaton@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

La réalisation de surfaces antimicrobiennes et limitant l'encrassement biologique (ou antibiofouling), sans antibiotique et sans nanoparticules par chimie verte est toujours un challenge malgré les besoins d'un nombre croissant d'applications notamment dans le domaine hospitalier et plus précisément pour les dispositifs médicaux implantés. Le nombre de patient infectés chaque année par des maladies nosocomiales est toujours trop important et les infections liées aux dispositifs médicaux implantés restent un problème encore non résolu. La limite des solutions actuelles est leur durée de vie très faible et leur encrassement rapide par génération de biofilm. Des revêtements bio-inspirés constitués de polymères portant des fonctions antimicrobiennes, antibiofouling ou commutables sont de plus en plus étudiés par la communauté scientifique. Mais ces revêtements sont encore difficilement réalisables par chimie verte sur des surfaces structurées par les techniques de dépôt conventionnelles. Le dépôt chimique en phase vapeur par polymérisation amorcée in situ ou initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) est une technique originale permettant de réaliser des revêtements de surface polymériques sur des surfaces micro structurées tout en conservant les fonctions chimiques des polymères. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité du dépôt par iCVD de polymères bioinspirés ayant une double fonction commutable antimicrobienne et antibiofouling sur des nanostructures. Le candidat recherché devra avoir un profil d'ingénieur chimie des matériaux, polymériste (microbiologie serait un plus) avec M2 Chimie des matériaux, chimie des polymères appliqué au domaine de la santé.

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Développement de la microspectroscopie Brillouin pour le suivi de microcultures cellulaires 3D

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes d'Imagerie pour le Vivant

Master 2 Optique, Biophysique, Physique Expérimentale, Electronique

01-10-2019

SL-DRT-20-0835

jean-charles.baritaux@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les cultures cellulaires 3D sont des modèles in-vitro de plus en plus utilisés tant en recherche fondamentale, que dans de nouvelles applications cliniques et thérapeutiques. Il est vraisemblable que les propriétés biomécaniques des structures cellulaires obtenues résument un grand nombre de paramètres d'intérêt comme leur viabilité, fonctionnalité, et leur réponse à un traitement. La microspectroscopie Brillouin (Brillouin Light Scattering Microscopy, µBLS) est une technique optique émergeante en imagerie du vivant pour mesurer les propriétés viscoélastiques à l'échelle micrométrique. Elle repose sur l'analyse de la diffusion Brillouin de la lumière par les phonons se propageant dans le spécimen. Le but de cette thèse est de réaliser un développement instrumental innovant pour le suivi de microcultures cellulaires 3D par µBLS et d'aller vers la preuve de concept que les mesures des propriétés mécaniques par µBLS peuvent être exploitées pour remonter aux paramètres physiologiques. Le doctorant effectuera ses développements sur une instrumentation µBLS de pointe du Laboratoire des Systèmes d'Imagerie pour le Vivant (LSIV) du CEA Leti, à Grenoble, et réalisera les essais expérimentaux de son dispositif sur plusieurs types de cultures 3D. Cette thèse s'adresse à étudiant en optique, biophysique, physique expérimentale, ou électronique avec un fort attrait pour les applications biomédicales.

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bio sensor utilisant la propagation d'onde millimétrique en champ proche

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

ingénieur en microélectronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0933

frederic.hameau@cea.fr

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Pour de nouvelles applications bio-médicales, nous proposons d'utiliser des solutions provenant du domaine de la radio-frequence, avec en particulier les systèmes d'émission d'ondes millimétriques. Ces systèmes utilisant des antennes en champ proche pouvaient être plongés dans différents milieux impliquant des modifications de comportement de l'antenne. Ces modifications évoluent en fonction de l'amplitude et de la fréquence de l'onde incidente. Cette thèse a pour but de déterminer des propriétés physiologiques du milieu sur la base de la signature de ce dernier. Cette signature est la réponse du système à un signal en onde millimétrique de différentes fréquences, amplitudes voire de formes d'onde différentes (chirp). Ces paramètres physiologiques pourront être la sudation comme indicateur de stress, le rythme cardiaque, la présence de mélanomes, et bien d'autres. Les fréquences de travail envisagées vont de 20GHz à 120GHz car se sont des fréquences facilement intégrables sur puce CMOS. A partir d'une étude déjà initiée, l'étudiant aura à développer une solution suffisamment précise qui pourra être basée sur l'analyse de l'évolution de l'impédance présenté de l'antenne à l'amplificateur de puissance fonction de l'environnement qui l'entoure (on pourra parler de suivi d'impédance de sortie du PA). Ou d'une analyse de la réflexion du signal sur le milieu au travers d'un récepteur polaire (nous parlerons alors de mode radar).

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Étude de l'activation induite dans les accélérateurs utilisés pour les applications médicales et optimisation des opérations de leur démantèlement

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire de Métrologie de la Dose

Master Physique

01-10-2020

SL-DRT-20-1222

valentin.blideanu@cea.fr

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La problématique de la radioactivité induite et la gestion des déchets pour les accélérateurs de particules utilisés dans les applications médicales n'est pas précisément traitée actuellement, dans le contexte d'une demande croissante des exploitants auprès des agences pour la gestion des déchets et les autorités de sureté qui doivent mettre en place des solutions adéquates. Cette problématique doit particulièrement être abordée pour les accélérateurs de radiothérapie pour lesquels les niveaux d'activation attendus sont relativement faibles au regard d'autres installations de l'industrie nucléaire, compte tenu du mécanisme d'activation en jeu lié aux neutrons secondaires générés par les réactions photo-nucléaires. Ces réactions sont caractérisées généralement par des seuils en énergie assez élevés (environ 10 MeV pour la plupart des éléments) et par conséquent les neutrons sont créés et par la suite activer les matériaux uniquement pour certains modes de fonctionnement de ces accélérateurs impliquant des énergies élevées des électrons accélérés. D'autre part, sans une méthodologie capable de déterminer précisément le niveau d'activation induite et la contribution des radio-isotopes, particulièrement quand les contributeurs principaux sont des émetteurs ß purs, aucune décision viable ne peut être prise quant à la gestion des déchets issus du démantèlement de ces accélérateurs. Le sujet propose une méthodologie pour déterminer par calcul l'inventaire radiologiques complet qui sera validé par des mesures expérimentales. L'approche permettra l'identification par les autorités compétentes des filières d'évacuation des déchets et l'optimisation des matériaux utilisés dans les futures générations d'accélérateurs médicaux afin de diminuer le volume de déchets et le coût du stockage associé. L'aspect métrologique sera abordé au regard de la précision des données nucléaires utilisées dans la méthode de calcul proposée.

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Evaluation du potentiel therapeutique de la photobiomodulation dans le contexte de la transplantation d'organes

Clinatec (LETI)

Clinatec (LETI)

M2 biologie; Niveau 1 expérimentation animale

01-11-2020

SL-DRT-20-1236

cecile.moro@cea.fr

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Les greffons potentiels ne répondent pas toujours aux critères d'éligibilité, limitant ainsi le nombre de greffons disponibles. Une façon d'augmenter ce nombre serait de reconditionner des greffons "limites" et/ou de les protéger des dégâts inhérents au protocole de greffe (notamment du fait des processus ischémie-reperfusion), et de favoriser les phénomènes de revascularisation et de cicatrisation. Une thérapie innovante par la lumière, la photobiomodulation, pourrait permettre d'optimiser et de protéger ces greffons. Nous souhaitons ici évaluer le potentiel thérapeutique de la photobiomodulation dans plusieurs modèles précliniques de transplantation. Des études complémentaires de biologie cellulaire permettront de mieux appréhender les mécanismes mis en ?uvre. Ce programme de recherche portera sur plusieurs domaines thérapeutiques, et sera réalisé en lien avec des équipes de recherche multidisciplinaires extérieures au CEA.

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