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).

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Le liquide interstitiel est aujourd’hui considéré comme un candidat prometteur comme alternative, ou complément, à l’analyse sanguine pour la quantification de biomarqueurs. Localisé notamment dans la peau, sa composition demeure peu décrite dans la littérature. Cela peut s’expliquer par le fait que le prélèvement de liquide interstitiel reste problématique. En effet, les méthodes d’extraction actuelles sont chronophages, douloureuses et conduisent au prélèvement de volumes très faibles ne permettant pas toujours une analyse subséquente. L’utilisation de timbres de microaiguilles conçus en hydrogel superabsorbant représente une solution indolore, rapide et efficace pour le prélèvement du liquide interstitiel. Un premier type de timbre a été conçu par photopolymérisation, un processus de fabrication caractérisé par sa rapidité. Ce type de timbre de microaiguilles présente une capacité d’absorption très élevée et peut trouver une application dans l’élaboration des profils protéomique, métabolomique et lipidomique du liquide interstitiel dermique. Le second type de timbres de microaiguilles est obtenu par chauffage d’une formulation contenant des polymères superabsorbants. Ce procédé s’avère plus long mais conduit à un hydrogel superabsorbant riche en groupements chimiques permettant d’envisager une fonctionnalisation pour la capture et la détection in situ de biomarqueurs spécifiques du liquide interstitiel dermique. In fine, les timbres de microaiguilles développés pourraient donc permettre d’approfondir notre connaissance de la composition du liquide interstitiel; mais laissent également entrevoir la possibilité de développer des dispositifs médicaux portables permettant le diagnostic, ou la surveillance, rapide et indolore de certaines pathologies. Ces dispositifs pourraient diminuer les coûts normalement associés à ces pratiques et améliorer la prise en charge des patients. C’est le cas notamment de l’insuffisance cardiaque, dont la gestion pourrait être considérablement facilitée par le suivi à domicile du biomarqueur NT-proBNP. / Nowadays, interstitial fluid is considered a valid alternative for blood analysis and biomarker monitoring. However, its composition is scarcely described in the literature. Notably located in the skin, its collection remains a challenge as current methods are time-consuming, painful and the extracted volume limits subsequent analysis. Here we put forward the use of superabsorbant hydrogel-based microneedle patches to enable a painless, rapid and efficient sampling of dermal interstitial fluid. A first kind of microneedle patch was obtained using UV-curing, a rapid fabrication process. This type of microneedle patch enables the collection of a high volume of liquid and can therefore be utilized for subsequent proteomic, metabolomic and lipidomic analyses of the dermal interstitial fluid that had been extracted in a painless fashion. The second class of microneedle patch developed was fabricated from superabsorbant polymers using heating. Although time consuming, this process produced hydrogel-based microneedle patches that could be functionalized for the in situ detection of specific biomarkers in the dermal interstitial fluid. In fine, the aforementioned microneedle patches have the potential to broaden our understanding of the interstitial fluid composition, as well as be integrated in novel portable biosensing devices for a rapid and painless diagnosis, or for the monitoring of certain medical conditions. For example, quantifying the NT-proBNP biomarker in the dermal interstitial fluid could significantly improve the quality of life of heart failure patients.