Design of minimally invasive diagnostic and dermal fluids sampling microneedle

Abstract

Ce mémoire de maîtrise porte sur le développement de microaiguilles hydrogels pour la capture et la détection précoce de biomarqueurs protéiques spécifiques du liquide interstitiel cutané. Le diagnostic précoce d’une maladie et le suivi préventif des paramètres biologiques peuvent effectivement améliorer les traitements et auront un rôle plus important dans les années à venir. Cependant, des obstacles considérables à cette approche persistent, en particulier la nature hautement invasive et perturbatrice des analyses biologiques. Se rendre dans une clinique et subir un prélèvement invasif de sang (ou de liquide biologique) sont des défis considérables par rapport aux traitements courants, qui consistent souvent en des médicaments qui peuvent être pris sans douleur à la maison. Une solution à ces problèmes peut être trouvée dans l'invention de méthodes peu invasives pour le diagnostic et l'analyse des soins de santé, idéalement celles qui peuvent être utilisées à domicile sans nécessiter de personnel formé. À cet égard, les micro-aiguilles (MNs) démontrent un énorme potentiel car leur petite taille garantit qu’elles sont relativement simples et presque indolores. De plus, leur nature simple et à usage unique permet potentiellement une administration à domicile par le patient. Les micro-aiguilles d'hydrogel présentent des caractéristiques bénéfiques à des fins de diagnostic compte tenu de leurs propriétés de gonflement qui permettent d'absorber les fluides corporels tels que le liquide interstitiel (ISF) et de capturer les biomarqueurs. Ces caractéristiques remarquables ont poussé les scientifiques à utiliser des micro-aiguilles d'hydrogel pour des applications de diagnostic. Afin de fournir un contexte pour le développement de cette technologie, cette thèse commence par un examen des principes et des avancées récentes dans le domaine des applications diagnostiques des MN (Chapitre 1). Par la suite, des sections expérimentales, de résultats et de discussion seront présentes sur la fonctionnalisation de l'hydrogel avec des anticorps pour la détection de biomarqueurs spécifiques (Chapitre 2). Le dernier chapitre aborde la conclusion générale et les perspectives d'avenir de cette approche (Chapitre 3).

This master’s thesis focuses on the development of hydrogel microneedles (HMNs) for capture and early detection of specific protein biomarkers form the skin interstitial fluid. Early disease diagnosis and preventative monitoring of biological parameters can effectively improve medical results and anticipate playing a more important part in the forthcoming years. However, considerable barriers to this approach persist, specifically the highly invasive and disruptive nature of biological analyses. Visiting clinics and undergoing invasive blood (or biological fluid) sampling are considerable challenges in comparison with common treatments, which often consist of drugs that may be taken painlessly at home. A solution to these concerns can be found in the invention of minimally invasive methods for diagnostics and healthcare analyzing, ideally ones that may be utilized at home without the requirement for trained staff. In this regard, microneedles (MNs) demonstrate tremendous potential as their small size ensures that they are relatively straightforward and almost painless. Also, their simple and single-use nature potentially permits at-home administration by the patient. HMNs demonstrate beneficial features for the diagnosis purposes considering the swelling properties of them which give the chance of absorbing body fluids such as ISF and capture of the biomarkers. These remarkable features have driven scientists to employ HMNs for diagnostic applications. To provide background for the development of this technology, this thesis begins with a review of the principles and recent advances in the field of diagnostic applications of MNs (Chapter 1). Subsequently, experimental, result, and discussion sections will be present about the functionalization of hydrogel with a model antibody for specific biomarkers detection (Chapter 2). The last chapter discusses the general conclusion and future prospects of this approach (Chapter 3).