Département PIV

Physique et Ingénierie pour le Vivant

Responsable : Kheya Sengupta

Présentation

Nous sommes un département de physique des systèmes biologiques et d'ingénierie pour la biologie, la santé et l'environnement.

Nous construisons des ponts entre les sciences physiques et biologiques et étudions l'interaction des objets biologiques avec leur environnement physique, en créant de nouveaux outils à cet effet.

Nos axes de recherche portent sur la compréhension de fonctions et mécanismes physiques fondamentaux dans le vivant et l’ingénierie de nano/microsystèmes pour des applications biologiques et médicales. La synergie entre physiciens de champs disciplinaires complémentaires, impliqués dans la valorisation et le fondamental, et la créativité qui en résulte sont des atouts forts de l’équipe. Le département développe trois thématiques principales.

Approche physique de l’organisation et de la dynamique des systèmes vivants.

Nous nous intéressons aux mécanismes de régulation cellulaire et à l’émergence et le maintien de fonctions physiologiques.

Nous étudions la mécanique d’objets et systèmes biologiques, de la macromolécule au tissu : les phénomènes d’adhésion cellulaire, la dynamique d’interfaces viscoélastiques et de biofluides tels que le sang et le mucus bronchique et, la mécanotransduction (transformation d’un signal mécanique à un signal biochimique).

Nous étudions les phénomènes d'auto-oraganisation dans les sytèmes vivants et les phénomènes collectifs actifs, en particulier  dans les systèmes biologiques ciliés et les organoïdes.

Nous étudions les interactions cellulaires et subcellulaires, impliquant notamment les éléments constitutifs des cellules (cytosquelette, noyau, membrane)

Physique de nanomatériaux.

Nous travaillons sur des couches lipidiques moléculaires organisées et leurs propriétés électrique, des nanofilms d'oxyde de métaux de transition pour la dépollution des eaux de l'industrie textile et des polymères à l'interface.

Un exemple typique est notre effort actuel pour imiter divers aspects des cellules (motifs nano-bio en surface, y compris des élastomères mous) ou des tissus (fentes spléniques) en utilisant des techniques de micro/nano-fabrication. Nous innovons dans les techniques d'imagerie ainsi que dans les outils d'analyse d'images et de données. Un autre axe majeur concerne les capteurs innovants : les nanocapteurs à rayons X pour la topographie et la cartographie chimique simultanées, les capteurs FET à base de lipides pour la détection ultra-sensible d'ions et de biomolécules et les capteurs photo-thermiques rapides pour la détection de réactions biochimiques par molécule unique.

Ingénierie/instrumentation pour la recherche, l’environnement, l’énergie et la médecine

Nous développons des méthodes d’analyse de données et d’interprétation Biosensors 5biologiques et des méthodes d’inférence de modèles stochastiques

Nous développons des méthodes numériques pour l’optimisation de matériaux et des méthodes de reconstitution in-vitro pour l’étude de processus biologiques.

Nous développons des techniques de microscopie optique avancée, et de nano-micro-environnements contrôlés (nanopatterning, fonctionnalisation de surface…)

Nous développons des capteurs ultrasensibles pour l’environnement,

Nous développons des marqueurs physiques, dispositifs et plateforme d’ingénierie optique pour la médecine (cancer, pneumologie, hématologie, maladies génétiques, immunologie), et des micro-dosimètres de rayonnements ionisants pour le cancer.

Techniques et Méthodes développées au Département.

Les techniques expérimentales

  • Les techniques de microfluidique couplées à la vidéomicroscopie optique, application de forces, rhéologie interfaciale
  • Les techniques de nano/microfabrication  (fonctionnalisation, structuration, patterning des surfaces par des molécules organiques)
  • Les techniques de reconstitution in-vitro d’objets et processus biologiques et de systèmes minimaux (membranes biologiques…)
  • Les techniques de manipulation, d’application et de détection de forces et à l’échelle nano-micro (pinces optiques, application de force à l’échelle micronique et submicronique…)
  • Techniques de microscopie optique avancée
  • Couplage de la spectroscopie à champ proche et de la spectroscopie de Rayons X.
  • Techniques de champ proche: imagerie, et mesures de force

Les méthodes et approches théoriques et numériques

  • Approches théoriques basées sur la physique statistique, les processus stochastiques, les phénomènes non linéaires, la physique de la matière molle et de la matière active
  • Simulation numérique de particules déformables et de biomatériaux
  • Analyses et interprétation de données (par exemple images, vitesses de particules (PIV), trajecteoires), inférence de modèles stochastiques

Publications

2024

Geometrical Characterization of an Inorganic Scintillator Detector for Proton Therapy using a Micrometer Scale Ion Beam

Kevin Lalanne, S.B.C. Debnath, G. Simonin, D. Tonneau, François Vianna-Legros, Marc Rousseau, David Brasse, J. Darréon, Carole Fauquet

IEEE Sensors Journal 1-1 (2024)10.1109/JSEN.2024.3401630

Assessment of coupled bilayer-cytoskeleton modelling strategy for red blood cell dynamics in flow

V Puthumana, Paul G. Chen, M Leonetti, R Lasserre, M Jaeger

Journal of Fluid Mechanics 979:A44 (2024)10.1017/jfm.2023.1092

2023

Transit Time Theory for a Droplet Passing through a Slit in Pressure-Driven Low Reynolds Number Flows

Spencer W Borbas, Kevin Shen, Catherine Ji, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer, Zhangli Peng

Micromachines 14:2040 (2023)10.3390/mi14112040

Breakups of Chitosan microcapsules in extensional flow

Revaz Chachanidze, Kaili Xie, Jinming Lyu, Marc Jaeger, Marc Leonetti

Journal of Colloid and Interface Science 629:445-454 (2023)10.1016/j.jcis.2022.08.169

Classification of red cell dynamics with convolutional and recurrent neural networks: a sickle cell disease case study

Maxime Darrin, Ashwin Samudre, Maxime Sahun, Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Vincent Cohen-Addad, Sophie Giffard-Roisin

Scientific Reports 13:745 (2023)10.1038/s41598-023-27718-w

Curvature gradient drives polarized tissue flow in the Drosophila embryo

Emily W Gehrels, Bandan Chakrabortty, Marc-Eric Perrin, Matthias Merkel, Thomas Lecuit

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 120 (2023)10.1073/pnas.2214205120

Enhanced cell viscosity: a new phenotype associated with lamin A/C alterations

Cécile Jebane, Alice-Anaïs Varlet, Marc Karnat, Lucero Hernandez- Cedillo, Amélie Lecchi, Frédéric Bedu, Camille Desgrouas, Corinne Vigouroux, Marie-Christine Vantyghem, Annie Viallat, Jean-François Rupprecht, Emmanuèle Helfer, Catherine Badens

iScience 26:107714 (2023)10.1016/j.isci.2023.107714

Swirling of vesicles: Shapes and dynamics in Poiseuille flow as a model of RBC microcirculation

Jinming Lyu, Paul G. Chen, Alexander Farutin, Marc Jaeger, Chaouqi Misbah, Marc Leonetti

Physical Review Fluids 8:L021602 (2023)10.1103/PhysRevFluids.8.L021602

Probing mechanical interaction of immune receptors and cytoskeleton by membrane nanotube extraction

Fabio Manca, Gautier Eich, Omar N’dao, Lucie Normand, Kheya Sengupta, Laurent Limozin, Pierre-Henri Puech

Scientific Reports 13:15652 (2023)10.1101/2022.09.15.508080

Physical mechanisms of red blood cell splenic filtration

Alexis Moreau, François Yaya, Huije Lu, Anagha Surendranath, Anne Charrier, Benoit Dehapiot, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat, Zhangli Peng

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2023)10.1101/2023.01.10.523245

Talin and kindlin cooperate to control the density of integrin clusters

Julien Pernier, Marcelina Cardoso Dos Santos, Mariem Souissi, Adrien Joly, Hemalatha Narassimprakash, Olivier Rossier, Grégory Giannone, Emmanuèle Helfer, Kheya Sengupta, Christophe Le Clainche

Journal of Cell Science 136:jcs260746 (2023)10.1242/jcs.260746

Two steps forward – and one step back?

Pierre Ronceray

Journal Club for Condensed Matter Physics (2023)10.36471/jccm_July_2023_02

Analytical theory for a droplet squeezing through a circular pore in creeping flows under constant pressures

Zhengxin Tang, François Yaya, Ethan Sun, Lubna Shah, Jie Xu, Annie Viallat, Emmanuèle Helfer, Zhangli Peng

Physics of Fluids 35:082016 (2023)10.1063/5.0156349

Mechanical characterization of core-shell microcapsules

Kaili Xie, Marc Leonetti

Comptes Rendus. Mécanique 351:1-20 (2023)10.5802/crmeca.148

Local response and emerging nonlinear elastic length scale in biopolymer matrices

Haiqian Yang, Estelle Berthier, Chenghai Li, Pierre Ronceray, Yu Long Han, Chase Broedersz, Shengqiang Cai, Ming Guo

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 120 (2023)10.1073/pnas.2304666120

2022

Characterization of Some Physical and Photocatalytic Properties of CuO Nanofilms Synthesized by a Gentle Chemical Technique

Soumia Aroussi, Mohamed Amine Dahamni, Mostefa Ghamnia, Didier Tonneau, Carole Fauquet

Condensed Matter 7:37 (2022)10.3390/condmat7020037

Dynamics of Individual Red Blood Cells Under Shear Flow: A Way to Discriminate Deformability Alterations

Scott Atwell, Catherine Badens, Anne Charrier, Emmanuèle Helfer, Annie Viallat

Frontiers in Physiology 12 (2022)10.3389/fphys.2021.775584

Mechanochemical Principles of Spatial and Temporal Patterns in Cells and Tissues

Anaïs Bailles, Emily Gehrels, Thomas Lecuit

Annual Review of Cell and Developmental Biology 38 (2022)10.1146/annurev-cellbio-120420-095337

Twenty-five years of nanoscale thermodynamics

Chase Broedersz, Pierre Ronceray

Nature 604:46-47 (2022)10.1038/d41586-022-00869-y

Structural characterization of the interfacial self-assembly of chitosan with oppositely charged surfactant

Revaz Chachanidzea, Kaili Xie, Hanna Massaad, Denis C.D. Roux, Marc Léonetti, Clément de Loubens

Journal of Colloid and Interface Science 616:911-920 (2022)10.1016/j.jcis.2022.01.143

Programming Directed Motion with DNA-Grafted Particles

Emily W Gehrels, W. Benjamin Rogers, Zorana Zeravcic, Vinothan N Manoharan

ACS Nano 16:9195-9202 (2022)10.1021/acsnano.2c01454

First-Principle Coarse-Graining Framework for Scale-Free Bell-Like Association and Dissociation Rates in Thermal and Active Systems

Josip Augustin Janeš, Cornelia Monzel, Daniel Schmidt, Rudolf Merkel, Udo Seifert, Kheya Sengupta, Ana-Sunčana Smith

Physical Review X 12:031030 (2022)10.1103/PhysRevX.12.031030

Physics of Organelle Membrane Bridging via Cytosolic Tethers is Distinct From Cell Adhesion

Mohammad Arif Kamal, Josip Augustin Janeš, Long Li, Franck Thibaudau, Ana-Sunčana Smith, Kheya Sengupta

Frontiers in Physics 9:750539 (2022)10.3389/fphy.2021.750539

Longitudinal to Transverse Metachronal Wave Transitions in an In Vitro Model of Ciliated Bronchial Epithelium

Olivier Mesdjian, Chenglei Wang, Simon Gsell, Umberto D’ortona, Julien Favier, Annie Viallat, Etienne Loiseau

Physical Review Letters 129:038101 (2022)10.1103/PhysRevLett.129.038101

May the force be with your (immune) cells: an introduction to traction force microscopy in Immunology

Farah Mustapha, Kheya Sengupta, Pierre-Henri Puech

Frontiers in Immunology 13:898558 (2022)10.3389/fimmu.2022.898558

Affinity driven ion exchange EG-OFET sensor for high selectivity and low limit of detection of Cesium in seawater

Tin Phan Nguy, Volkan Kilinc, Ryoma Hayakawa, Catherine Henry-De-Villeneuve, Jean-Manuel Raimundo, Yutaka Wakayama, Anne Charrier

Sensors and Actuators B: Chemical 351:130956 (2022)10.1016/j.snb.2021.130956

Lrrcc1 and Ccdc61 are conserved effectors of multiciliated cell function

Aude Nommick, Camille Boutin, Olivier Rosnet, Claire Schirmer, Elsa Bazellières, Virginie Thomé, Etienne Loiseau, Annie Viallat, Laurent Kodjabachian

Journal of Cell Science (2022)10.1242/jcs.258960

Liquid demixing in elastic networks: Cavitation, permeation, or size selection?

Pierre Ronceray, Sheng Mao, Andrej Košmrlj, Mikko Haataja

EPL - Europhysics Letters 137:67001 (2022)10.1209/0295-5075/ac56ac

Stoichiometry Controls the Dynamics of Liquid Condensates of Associative Proteins

Pierre Ronceray, Yaojun Zhang, Xichong Liu, Ned Wingreen

Physical Review Letters 128:038102 (2022)10.1103/PhysRevLett.128.038102

A Rare Mutation in LMNB2 Associated with Lipodystrophy Drives Premature Cell Senescence

Alice-Anaïs Varlet, Camille Desgrouas, Cécile Jebane, Nathalie Bonello-Palot, Patrice Bourgeois, Nicolas Levy, Emmanuèle Helfer, Noémie Dubois, René Valero, Catherine Badens, Sophie Beliard

Cells 11:50 (2022)10.3390/cells11010050

Financement

 Physique et nano-micro Ingénierie pour le Vivant 1 Sources et sondes ponctuelles 2

2023-

  • ANR:  Natural and assisted airways drainage in COPD (2023-27)
  • ANR: DNA-nanobody agents to interrogate and manipulate immune cell interfaces (2023-27)
  • RedEnuc ANR: Mechanisms of terminal erythroide nucleation (2023-25)
  • Nanofilter Contrat industriel Idylle:Tech transfer: Système microfluidique qui mime la filtration mécanique des globules rouges par la rate (2023-24)
  • Chaire d'excellence AMIDEX: Mechano-technologies for Organoids (2023-26)

2017-2022

  • Immunobiomechanics IRP INP-CNRS:  Mechanobiology: collaboration France (CINaM/LAI) & Mexico (UNAM) (2022-27)
  • PI startup package CENTURI: Measuring and modeling soft living matter (2022-26)
  • FitRed AMIDEX transfert; Aide à la création de startup : Marqueur de l'aptitude des globules rouges à la microcirculation Bronchoclogdrain (2022-2024)
  • SPLEENMARK ANR  Markers of Spleen Function for Patient Management (2020-24)
  • A*Midex International 'dvanced Photon Source pour la détection des Ondes Stationnaires de Surface sous radiation X' (2019-2021)
  • ANR ‘RECAMECA’ (2019-2022)
  • NANOPTIX (2019 -2022)
  • ANR MicroCJ (2019-2021)
  • Prématuration AMIDEX (2019)
  • ECO (Academy of Excellence, A*MIDEX) (2018-2021)
  • AMIDEX ”NORMAL PCW”  (2018-2021)
  • AMIDEX ”Macbio”  (2018-2021)
  • ANR: “Ultra-high throughput sequencing by synchronized synthesis” (2018-2021)
  • A*Midex Interdisciplinarité ‘MecaLam’ (2018-2021)
  • X-R2P2 (DOC2AMU PhD grant, Cofunded by Europe, PACA District Council, In Excellence A*MIDEX)
  • Prématuration CNRS (2017-2019)
  • Région PACA Projet exploratoire ‘BioMimWASH’ (2017-2018)
  • ANR TMOL “SENSEI” (2017-2020)

Équipements

Physique et nano-micro Ingénierie pour le Vivant 2

  • Photo luminescense : excitation with cw He-Cd laser (10 mW, Gaussian TEM00 mode). Spectro resolution of 21 nm/mm of slit aperture
  • Micro-XRF analysis: Rh target X-ray source, lateral resolution 20 µm, total X-ray photon flux within the spot area of 2.109 photons/s, EDX SDD detector from Brücker (X-flash)
  • AFM
  • Electrical measurement platform
  • Confocal microscope
  • TIRF and RICM microscopy
  • Langmuir Film Balance
  • Microfluidics combined with high-speed videomicroscopy
  • Optical microscopes equipped with temperature and CO2 control
  • Optical microscope (bright field, phase contrast, epifluorescence) combined with Atomic Force Microscopy (AFM) and optical tweezers (in construction)

Collaborations

International

  • Zhangli Peng (Notre Dame University, Indiana, USA)
  • Ali Passian & Rubye Farahi (Oak Ridge National Laboratory, USA)
  • Yutaka Wakayama (NIMS, Japan)
  • Ana Smith (Uni-Erlangen, Germany)
  • Mostefa Ghamnia (LSMC laboratory, University Oran 1, Ben Bella, Algeria)
  • Saw HLA and Volker ROSE (Argonne National Laboratory, Center for Nanoscale Materials and Advanced Photon Source , Argonne, IL, USA)

National

  • Catherine Henry de Villeneuve (LPMC, Palaiseau)
  • Laurent Limozin and Pierre-Henri Puech (LAI, Marseille)
  • Gregory Gianonne (IINS, Bordeaux)
  • Christophe LeClainche (I2BC, Paris)
  •  Anthony Goncalves  (CRCM, Marseille)
  • Agnès Tallet and Julien Darreon (Paoli-Calmettes Institute, Marseille)
  • Thierry Grosjean (FEMTO-ST, Besançon, France)
  • Guillaume  Baffou (Institut Fresnel, Marseille)
  • Aude Lereu (Institut Fresnel, Marseille)
  • Catherine Badens (APHM, Marseille) Mécanique des biofluides actifs
  • Julien Favier (M2P2, Marseille) Mécanique des biofluides actifs
  • Pascal Chanez and Delphine Gras (CV2M, Marseille) Mécanique des biofluides actifs
  •  Vincent GRESSIER, François VIANNA-LEGROS, Christelle ADAM-GUILLERMIN (LMDN lab from IRSN)

Inter departmental (intra-CINaM)

Brevets

  • Nano−scale stimulating substrates

Inventeurs: K. Sengupta, E. Benard, I. Ozrov, F. Bedu, H. Dallaporta, N° of deposition/publication: FR1853414 (2018), WO/2019/202260 (2019).

 

  • Method and device for determining red blood cells deformability

Inventeurs: A. Viallat, S. Atwell, E. Helfer, A. Charrier, C. Badens. Application N°EP18305914.6, 10 juillet 2018.

 

  • Amphiphilic molecules layers

Inventeurs: A. Charrier, J.M Raimundo, A. Kenaan, S. Lavandier. N° of publication: PCT/EP2016/074569

 

  • Transistor à effet de champ pouvant notamment être utilisé comme détecteur et procédé de fabrication de ce détecteur

Inventeurs: A. Charrier, Tuyen Nguyen Duc, Hervé Dallaporta. N° of publication: WO/2013/083490; EP 2 788 747 B1

 

  • Device to detect the fixation of a target object on a probe object immobilized on a solid substrate and detection process

Inventeurs: A. Charrier, F. Thibaudau. (FR2873818, WO/2006/021716). N° of deposition/publication: 0451747. Publication date: 02.03.2006.

Emploi, Postdocs, thèses et stages

Nous recherchons une personne motivée pour un poste d'IE en techniques expérimentales: il(elle) réalisera des dispositifs expérimentaux (montages et protocoles), conduira des expériences, formera les utilisateurs, aidera les chercheurs à mener leurs expériences et à définir des protocoles d'analyse. L'activité sera menée dans le domaine de la physique de la matière vivante.

Le lieu de travail sera le département de Physique et Ingénierie pour le Vivant (PIV) du Centre Interdisciplinaire de Marseille (CINaM), avec un poste d'Ingénieur(e) d'Etudes ouvert au concours CNRS.

Le CINaM est une unité mixte de recherche (UMR 7325, sous tutelle CNRS et Aix Marseille Université) située sur le campus de Luminy, comprenant 5 départements scientifiques en physique et chimie, dont le département PIV.

Les informations sur le poste et la procédure de candidature sont sur le lien suivant:
https://profilsdemplois.cnrs.fr/index_public_referens?destination=CE2024
n° de concours: 103
La campagne de recrutement est jusqu'au 10 juillet.

N’hésiter pas à contacter LOISEAU Etienne or SENGUPTA Kheya pour questions ou rdv.

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Offres de stages disponibles au niveau Master, PhD, et postdoc :  contacter le chercheur concerné par e-mail.