LaSIPS : APPEL A PROJETS EXPLORATOIRES 2012 PS : APPEL A

LaSI PS : APPEL A PROJETS EXPLORATOIRES 2012
IMP_CELL : Puce instrumentée pour la mesure en temps réel de la bioimpédance
de cellules électroperméabilisées – application au contrôle de l’électrofusion
Coordinateur : Bruno Le Pioufle, CNRS SATIE – UMR 8029, ENS de Cachan,
[email protected]
Résumé du Projet: Le projet proposé concerne l’établissement d’un modèle électrique et
thermique de cellules électroperméabilisées par un champ électrique impulsionnel. Le
modèle caractérisera l’évolution de la bioimpédance d’une cellule, pendant et après
l’excitation impulsionnelle de champ.
Une puce microfluidique sera réalisée pour
confronter le modèle théorique aux mesures d’impédance qui seront effectuée en temps
réel sur la puce instrumentée à cet effet. En particulier nous appliquerons le savoir-faire
issu de cette étude pour le suivi électrique en temps réel de l’électrofusion cellulaire. Une
simulation par éléments finis couplant les phénomènes électriques et thermiques
corroborera théorie et expérimentation. Ce projet est à la conjonction de savoir-faire en
Biologie, en Génie-Electrique et en Nanotechnologie.
L'électrofusion de cellules est considérée comme une voie extrêmement prometteuse
pour le développement de nouveaux vaccins anticancéreux mais reste encore un processus
physiologique mal maîtrisé et dont la compréhension reste un sujet à controverse. Le défi est
de contrôler de manière fiable et reproductible la fusion des membranes de deux cellules par
l’application d’un champ électrique extérieur, afin de combiner les fonctions de deux cellules
(par exemple dans le cas d’un vaccin anti-cancéreux, fusion entre une cellule cancéreuse,
porteuse d’antigènes spécifiques, et une cellule dendritique, ayant la capacité de présenter ces
antigènes au système immunitaire).
Traditionnellement, les effets du champ électrique sur les cellules sont étudiés en
considérant un champ électrique uniforme, ce qui simplifie les hypothèses et permet, dans le
cadre de l’électroperméabilisation d’appliquer l’équation de Schwann pour évaluer le niveau
de champ électrique à appliquer en vue d’une électrofusion par exemple. Dans le cas d’un
dispositif microfluidique dédié à l’électrofusion, cette hypothèse n’est plus valable car des
forts gradients de champ sont créés pour la capture et la mise en contact des cellules à
fusionner.
Puce à cellules pour l’électroperméabilisation . A gauche : vue du banc expérimental, la puce est
disposée sous un microscope epifluorescence et connectée au générateur d’impulsions . A droite : vue
rapprochée de la puce et de ses connections microfluidiques
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LaSI PS : APPEL A PROJETS EXPLORATOIRES 2012
Le projet IMPCELL propose de mettre en place un modèle électrique pour décrire le
comportement de cellules isolées, appariées et soumises à des impulsions de champ
électrique. Le modèle doit à terme permettre de prédire et caractériser le niveau
d’électroperméabilisation des cellules soumises aux impulsions de champ.
Dans le cadre de ce projet LaSiPS, un prototype de biopuce pour la fusion
cellulaire sera conçu et fabriqué afin de valider l’approche proposée. Nous souhaitons intégrer
sur ce microdispositif les fonctions qui permettront de suivre l’impédance électrique des
cellules en temps réel pendant et après les impulsions d’électroperméabilisation, et
d’électrofusion.
Les modèles de bioimpédance proposés ci dessus seront confrontés aux résultats
expérimentaux issus d’expériences de fusion qui seront réalisées sur biopuces. On cherchera à
corréler l’évolution en temps réel de l’impédance cellulaire avec l’observation de l’état
biologique des cellules pendant et après la fusion, caractérisés par marquage et visualisation
par microscopie de fluorescence.
Puce pour l’électrofusion de cellules A gauche : capture microfluidique de cellule avant fusion. A
droite : modèle d’impédance cellulaire tenant compte de l’électroperméabilisation
Complémentarité des partenaires : Pour mettre en œuvre ce projet, nous proposons d'allier
les compétences pluridisciplinaires (Génie électrique, instrumentation, nanotechnologies et
biologie) de trois partenaires de LaSiPS:
SATIE-BIOMIS, porteur du projet, spécialiste dans la conception de biopuces à cellules, et
de l'analyse de l'interaction entre le champ électrique et les cellules. Ce partenaire
développera les aspects modélisation, simulation et définira les géométries des puces.
MICRO NANO BIO et Microsystèmes -IEF, qui adossé à la plateforme technologique
MINERVE aura en charge la micro/nanofabrication des puces et leur packaging. Il
participera conjointement avec le laboratoire Satie au développement d’une
instrumentation adaptée.
CNRS-VAT à l'Institut Gustave Roussy, apportera son expertise en biologie cellulaire, en
particulier sur l'électroperméabilisation cellulaire.
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