Thèse Détecter Plus Tôt Agir Plus Vite Biocapteurs Mof-Aptamère Contre le Cancer Ovarien H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Nîmes Université École doctorale : Risques et Société Laboratoire de recherche : CHROME - Détection, Evaluation, Gestion des Risques CHROniques et éMErgents Direction de la thèse : Christian SIATKA ORCID 0000000186193672 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Le diagnostic tardif des cancers ovariens demeure un obstacle majeur à la prise en charge thérapeutique, en raison de l'absence de tests de dépistage précoces, spécifiques et non invasifs. Dans ce contexte, le développement de biocapteurs innovants capables de détecter précocement des biomarqueurs tumoraux dans des fluides biologiques facilement accessibles, tels que les urines, représente un enjeu majeur. Ce projet propose une approche intégrée reposant sur des aptamères hautement spécifiques et des squelettes organométalliques (MOF) fonctionnalisé pour le développement d'un biosenseur de détection sensible de biomarqueurs urinaires de cancers ovariens.

Les aptamères sont oligonucléotides synthétiques reconnus pour leur capacité à identifier de manière rapide et spécifique un large panel de cibles de nature et caractéristiques très diJérentes. Leur stabilité chimique, leur faible coût de production et leur facilité de modification en font des outils particulièrement adaptés à la conception de biocapteurs Point-Of-Care (POC) dans des matrices complexes comme l'urine. Dans ce projet, des aptamères seront sélectionnés pour cibler des biomarqueurs de cancers ovariens, notamment un peptide dérivé de la glycoprotéine LGR1(Leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 1). impliquée dans la prolifération tumoral et la néovascularisation. Par ailleurs, l'acide glutamique sera intégré comme une cible supplémentaire pour renforcer la spécificité du biocapteur. Ce métabolite est un indicateur potentiel de dysrégulation énergétique, qui reflète les profondes altérations de la reprogrammation des cellules cancéreuses.

Les MOF (Metal-Organic Frameworks) seront utiliser comme plateforme de support en raison de leur surface spécifique très élevée, de leur porosité modulable et de leur versatilité chimique. Ces propriétés permettent l'immobilisation controlée des aptamères, en conservant leur spécificité et sensibilité. La structure poreuse et l'avidité accrue permettront la concentration locale des analytes présents dans les échantillons urinaires, améliorant la sensibilité de détection même à de très faibles concentrations.

L'approche proposée s'appuie sur la synergie entre la sélectivité moléculaire des aptamères et les propriétés d'enrichissement et de signal des MOF. Cette combinaison devrait permettre le développement à terme d'un biocapteur capable de détecter précocement la signature moléculaire du cancer ovarien dans les urines.

Dans la continuité de ces travaux et des travaux issus d'un précédent travail de thèse, l'intégration de plusieurs marqueurs devraient permettre de développer un biocapteur multiplex, afin d'accroitre la spécificité, la sensibilité et la réduction de faux-négatifs.

A l'horizon, ce travail pourrait ouvrir la voie à des nouveaux dispositifs POC peu couteux, basés sur ces biocapteurs pour systématiser le dépistage rapide et non-invasif de la population à risque, contribuant à améliorer significativement le pronostic des patientes atteintes de cancer ovarien.
Le diagnostic précoce est essentiel pour une meilleure prise en charge des cancer ovariens et actuellement le principal obstacle à l'amélioration du taux de survie des patientes (Siegel et al. 2021). Les méthodes actuelles de diagnostic (taux de CA125 sanguin et échographie intravaginale) sont peu fiables et invasives. Dans ce contexte, nous souhaitons développer un biocapteur pour détecter dans l'urine des biomarqueurs cancéreux spécifiques : un peptide issu de la protéine LRG1, et un métabolite du cycle de Krebs. La protéine LRG1 (Leucine-Rich alpha-2-glycoprotein 1) est une glycoprotéine impliquée dans les mécanismes, d'inflammation, de néovascularisation et de progression tumorale. Cette protéine impliquée dans de nombreux processus physiopathologiques se distingue dans le cancer de l'ovaire par la présence dans l'urine de deux

peptides présents uniquement dans l'urine de patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire (Smith et al., 2014 et Rockett et al., 2024)
Par ailleurs, plusieurs études métabolomiques ont l'altération de voies métaboliques dans les cancers de l'ovaire. Plus particulièrement, l'acide glutamique a été identifié comme métabolite discriminant dans les cancers ovariens épithéliaux par rapport aux témoins sains. La détection d'acide glutamique par des aptamères a été reportée dans la littérature dans le sérum avec une très bonne limite de détection mais pas dans l'urine (Wu et al., 2022).
Enfin, l'utilisation de Metal-Organic Frameworks couplée avec des aptamères est une synergie qui combine sensibilité, spécificité et versatilité (Shilan et al. 2025) Cela permet une détection en temps réel, quantitative, et stable dans un environnement complexe. La grande surface spécifique et la porosité modulable des MOFs permettent l'immobilisation de plusieurs éléments de reconnaissance, ce qui amplifie les signaux de détection et améliore la sensibilité (Quijia et al. 2022). De plus, leur réseau poreux favorise la concentration des molécules-cibles dans des zones localisées, augmentant l'efficacité des interactions, tandis que des tailles de pores ajustées avec précision renforcent la sélectivité en milieu complexe. De plus, la fonctionnalisation des MOF peut permettre une détection colorimétrique idéal pour un biocapteur du type Point-Of-Care(Duan et al. 2020). C'est pourquoi le développement de cette synergie permet de de profiter des avantages de chaque technologie.

Early diagnosis is essential for improved management of ovarian cancer and is currently the main obstacle to improving patient survival rates (Siegel et al. 2021). Current diagnostic methods (blood CA125 levels and intravaginal ultrasound) are unreliable and invasive. In this context, we aim to develop a biosensor to detect specific cancer biomarkers in urine: a peptide derived from the LRG1 protein and a Krebs cycle metabolite. The LRG1 protein (Leucine-Rich alpha-2-glycoprotein 1) is a glycoprotein involved in the mechanisms of inflammation, neovascularization, and tumor progression. This protein, involved in numerous pathophysiological processes, is distinguished in ovarian cancer by the presence in the urine of two peptides found only in the urine of patients with ovarian cancer (Smith et al., 2014 and Rockett et al., 2024).
Furthermore, several metabolomics studies have demonstrated the alteration of metabolic pathways in ovarian cancers. In particular, glutamic acid has been identified as a discriminating metabolite in epithelial ovarian cancers compared to healthy controls. The detection of glutamic acid by aptamers has been reported in the literature in serum with a very good detection limit, but not in urine (Wu et al., 2022). Finally, the use of Metal-Organic Frameworks coupled with aptamers creates a synergy that combines sensitivity, specificity, and versatility (Shilan et al. 2025). This enables real-time, quantitative, and stable detection in complex environments. The large specific surface area and tunable porosity of MOFs allow for the immobilization of multiple recognition elements, which amplifies detection signals and improves sensitivity (Quijia et al. 2022). Furthermore, their porous network promotes the concentration of target molecules in localized areas, increasing the efficiency of interactions, while precisely tuned pore sizes enhance selectivity in complex media. Additionally, MOF functionalization can enable colorimetric detection, ideal for point-of-care biosensors (Duan et al. 2020). Therefore, developing this synergy allows us to leverage the advantages of each technology. Au sein du laboratoire CHROME, nous avons développé une expertise dans l'obtention d'aptamères dans l'urine en ciblant un biomarqueur protéique des cancers ovariens. Le développement de technologies de détection type biocapteurs applicables à différents fluides biologiques représente un enjeu majeur, aussi bien pour l'identification d'indicateurs biologiques associées une exposition environnementale à des contaminants ou d'une signature pathologique.
L'objectif du projet est de consolider cette expertise de CHROME en élargissant le catalogue de molécules-cibles, notamment aux peptides et métabolites. Un biocapteur ciblant une molécules d'origine chimique ou biologique est composé de deux parties : une partie « identification de la cible », et une partie « émission du signal ».

Identification de la cible : Les aptamères sont des oligonucléotides obtenus par des tours successifs de sélection in vitro au sein d'une bibliothèque aléatoire d'oligonucléotides. Les aptamères présentent une capacité élevée de reconnaissance rapide et spécifique d'un large éventail de cibles de nature et de caractéristiques différentes. La partie aptamère correspond à la partie « identification de la cible » d'un biocapteur. La stratégie SELEX (Evolution systématique de ligands par enrichissement) permet d'obtenir des séquences d'aptamères spécifiques des cibles choisies, permettant l'étape de reconnaissance de la molécule-cible.

La conversion de la détection, c'est-à-dire la reconnaissance biologique de la cible par l'interaction avec l'aptamère sélectionné pour identifier la cible dans reste une étape-clé dans le développement d'un biocapteur.

Génération du signal du signal
Cette étape de transduction de signal doit assurer la sensibilité et la fiabilité de la détection. Dans ce contexte, le développement de matériaux poreux innovants constitue l'une des avancées majeures de la chimie contemporaine, illustrée notamment par l'attribution du prix Nobel de chimie 2025 aux travaux sur les Metal-Organic Frameworks (MOFs). Pour les biocapteurs, les MOFs apparaissent comme des matériaux prometteurs. Leur combinaison avec des aptamères permet le développement d'outils de détection sensibles, sélectives et robustes, Les MOFs sont des matériaux cristallins ultraporeux et hautement organisés de clusters métalliques actifs liés par des ligands organiques fonctionnels. Leurs propriétés exceptionnelles avec une grande surface spécifique, une porosité ajustable et leurs propriétés physicochimiques modulables permettent une haute densité d'immobilisation, et la diffusion des cible, donc particulièrement adaptées aux applications dans des matrices complexes comme l'urine.

Les performances analytiques d'un biocapteur dépendent la sensibilité et de la sélectivité de l'identification, et de l'efficacité de transduction du signal.

À terme, cette approche pourrait conduire à un outil de dépistage non invasif utilisable en première intention.

Within the CHROME laboratory, we have developed expertise in obtaining aptamers from urine by targeting a protein biomarker for ovarian cancer. The development of biosensor-type detection technologies applicable to various biological fluids represents a major challenge, both for identifying biological indicators associated with environmental exposure to contaminants and for identifying pathological signatures.

The objective of this project is to consolidate CHROME's expertise by expanding the catalog of target molecules, particularly to include peptides and metabolites. A biosensor targeting a molecule of chemical or biological origin consists of two parts: a 'target identification' section and a 'signal emission' section.

Target identification: Aptamers are oligonucleotides obtained through successive rounds of in vitro selection from a random library of oligonucleotides. Aptamers exhibit a high capacity for rapid and specific recognition of a wide range of targets with different natures and characteristics. The aptamer portion corresponds to the 'target identification' component of a biosensor. The SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Enrichment) strategy allows for the generation of aptamer sequences specific to the chosen targets, enabling the target molecule recognition step.

Conversion of detection, that is, the biological recognition of the target through interaction with the selected aptamer to identify the target, remains a key step in the development of a biosensor. La technologie SELEX sera utilisée pour la sélection d'aptamères à base d'ADN (acide désoxyribonucléiques) hautement spécifiques pour leur cible (Gold, 2015 ; Lamberti et al., 2016 ; Scoville et al. 2017). Nous avons été pionniers dans l'utilisation de l'urine artificielle pour la sélection d'aptamères (Hanzek et al, 2023). Les aptamères obtenus seront caractérisés par plusieurs méthodes biophysiques. Les meilleurs aptamères seront intégrés avec des Metal-Organic Frameworks (MOF) afin de permettre une préconcentration des biomarqueurs ou l'émission d'un signal spécifique de la détection.
Pour atteindre ces objectifs , le projet suivra les étapes suivantes :

Objectif 1 : Sélection des bibliothèques et des aptamères (CHROME, Nîmes, France)
1.1 Les paramètres des bibliothèques d'oligonucléotides seront définis, et ces bibliothèques seront optimisées pour assurer l'adéquation entre la bibliothèque et la cible choisi, car la nature des cibles difèrent.

1.2 Une fois les cibles choisies, et la bibliothèque d'acides nucléiques caractérisées, la sélection des aptamères spécifiques des peptides-cibles LRG1 et du glutamate sera efectués par la méthode SELEX Hi-Fi, dans de l'urine artificielle (Hanzek et al, 2023). Des étapes de sélections négatives seront réalisées sur la matrice.

1.3 Des étapes de contre-sélections seront réalisées face à des peptides de LGR1 non-spécifique des cancers ovariens ou face à d'autres acides aminés. Cela permet d'accroitre la spécificité de l'interaction et l'élimination de faux positifs

1.4 Après plusieurs tours de sélections, les aptamères issus de ces tours de sélections (1.2) et (1.3) seront analysées par séquençage nouvelle génération, suivi d'une analyse bioinformatique. Cela permettra d'identifier les meilleurs candidats aptamères.

Objectif 2 : Etude de l'interaction aptamères/biomarqueurs-cibles (CHROME, Nîmes,
France, et Ostrava University, République Tchèque)

2.1 Une première validation structurale des aptamères candidats issus de l'analyse bioinformatique sera faite grâce à des logiciels de repliements (Mfold), et les structures les plus probables seront privilégiées. (CHROME, Nîmes, France)

2.2 La caractérisation des interactions aptamères/biomarqueurs-cibles sera réalisée grâce à des méthodes biophysiques, afin aussi de quantification l'afinité de ces interactions (thermofluorescence à CHROME, Nîmes, France et Surface Plasmon Resonance à Ostrava
University, République Tchèque

Objectif 3 : Optimisation des aptamères

La caractérisation de l'orientation préférentielle d'immobilisation sera réalisés car l'immobilisation des aptamères pour le développement futur du biocapteur nécessite d'identifier l'extrémité la plus favorable à cette immobilisation, 3' ou 5'. Cette détermination de de l'extrémité immobilisable préférable des aptamères sera réalisée par enzyme-linked oligonucleotide assay ELONA (CHROME, Nîmes, France) et Surface Plasmon Resonance (Ostrava University, République Tchèque)

Objectif 4: Intégration des aptamères
4.1 Les aptamères immobilisables seront intégration avec des MOFs par liaison covalente ou non covalente pour les aptamères plus sensible à l'immobilisation orientée (Ostrava University, République Tchèque)

4.2 Le signal de l'interaction aptamère-cible sera caractériser en fonction des MOFs et de la voie dintégration retenue (Ostrava University, République Tchèque)

4.3 Test du biocapteur dans des échantillons d'urine artificielle dopés (CHROME, Nîmes, France)

SELEX technology will be used for the selection of highly specific DNA (deoxyribonucleic acid) aptamers (Gold, 2015; Lamberti et al., 2016; Scoville et al., 2017). We pioneered the use of artificial urine for aptamer selection (Hanzek et al., 2023). The obtained aptamers will be characterized by several biophysical methods. The best aptamers will be integrated with Metal-Organic Frameworks (MOFs) to enable pre-concentration of biomarkers or the emission of a specific detection signal.

To achieve these objectives, the project will follow these steps:

Objective 1: Library and Aptamer Selection (CHROME, Nîmes, France)
1.1 The parameters of the oligonucleotide libraries will be defined, and these libraries will be optimized to ensure the suitability of the library for the chosen target, as the nature of the targets differs.

1.2 Once the targets have been chosen and the nucleic acid library characterized, the selection of aptamers specific to the target peptides LRG1 and glutamate will be performed using the SELEX Hi-Fi method in artificial urine (Hanzek et al., 2023). Negative selection steps will be performed on the matrix.

1.3 Counter-selection steps will be performed against LGR1 peptides that are not specific to ovarian cancer or against other amino acids. This increases the specificity of the interaction and eliminates false positives.

1.4 After several rounds of selection, the aptamers resulting from these rounds (1.2) and (1.3) will be analyzed by next-generation sequencing, followed by bioinformatics analysis. This will allow the identification of the best aptamer candidates.
Objective 2: Study of the interaction between aptamers and target biomarkers (CHROME, Nîmes, France, and Ostrava University, Czech Republic)

2.1 A preliminary structural validation of candidate aptamers from bioinformatics analysis will be performed using folding software (Mfold), and the most probable structures will be prioritized. (CHROME, Nîmes, France)

2.2 The characterization of aptamer/target biomarker interactions will be carried out using biophysical methods, in order to also quantify the affinity of these interactions (thermofluorescence at CHROME, Nîmes, France and Surface Plasmon Resonance at Ostrava University, Czech Republic).

Objective 3: Aptamer Optimization

The characterization of the preferred immobilization orientation will be performed because the immobilization of aptamers for the future development of the biosensor requires identifying the most favorable end for this immobilization, 3' or 5'. This determination of the preferred immobilizable end of the aptamers will be carried out by the enzyme-linked oligonucleotide assay ELONA (CHROME, Nîmes, France) and Surface Plasmon Resonance (Ostrava University, Czech Republic).

Objective 4: Integration of Aptamers
4.1 Immobilizable aptamers will be integrated with MOFs via covalent or non-covalent linkage for aptamers more sensitive to oriented immobilization (Ostrava University, Czech Republic)

4.2 The aptamer-target interaction signal will be characterized as a function of the MOFs and the selected integration pathway (Ostrava University, Czech Republic)

4.3 Biosensor testing in doped artificial urine samples (CHROME, Nîmes, France)

Idéalement, le ·a candidat sera un·e biochimiste formé·e aux acides nucléiques et à la biologie moléculaire, avec un fort intérêt pour le transdisciplinaire. Les candidat·es doivent être titulaires d'un master (ou être sur le point d'en obtenir un) ou posséder un diplôme universitaire équivalent à un master européen.
Le·a candidate sera hautement motivé·e pour travailler sur ce projet, et devra avoir un fort intérêt pour le transdisciplinaire