Champ ElectroMagnétique Impulsionnel Rapide et BIOlogie – CEMIRBIO

Contexte scientifique et objectifs du projet - Les assemblages biologiques sont connus pour être sensibles aux perturbations électriques. Des impulsions électriques rapides (de l'ordre de la ms ou µs) et de fortes amplitudes sont susceptibles d'interagir avec le vivant. Ainsi il est possible de modifier les édifices membranaires des cellules biologiques (électroperméabilisation, électroporation,...). Le groupe de biologistes partenaire de ce projet (IPBS) connaît et applique depuis plusieurs années ces techniques, en particulier sur le cancer en liaison étroite avec l'équipe CNRS de Lluis Mir à l'Institut Gustave Roussy. Outre l'aspect environnemental, l'utilisation de ces effets en Biotechnologies et en développement clinique rend indispensable la maîtrise des connaissances des mécanismes spatio-temporels mis en jeu. La dynamique moléculaire ainsi que des essais en cours indique qu'une étape clé a lieu à l'échelle des nanosecondes. - Le but de ce projet est de doter la communauté scientifique française de la synergie entre capacités méthodologiques et approches biophysiques sur le vivant. Ainsi le projet CEMIRBIO vise à expérimenter, comprendre et modéliser les divers effets des impulsions électromagnétiques sur le comportement des cellules biologiques. La largeur des impulsions visées est comprise entre quelques centaines de picosecondes, domaine à notre connaissance encore inexploré, et quelques dizaines de nanosecondes pour des amplitudes de l'ordre de la centaine de kilovolts par centimètre. Dans ce but, ont été regroupées plusieurs équipes de disciplines différentes permettant d'apporter les outils nécessaires aux investigations in-situ et à la modélisation. - - Description du projet et méthodologie - Les formes d'onde électromagnétique particulières qui doivent être appliquées (tension, temps de montée et fréquence de répétition) exigent la mise en ?uvre de sources paramétrables sophistiquées qui n'existent pas aujourd'hui ; deux laboratoires (EM2C et XLIM) reconnus du domaine seront en charge de développer les impulseurs haute tension nécessaires ainsi que les moyens d'injection de ces impulsions les plus appropriés au milieu cellulaire. On s'appuiera sur la modélisation numérique et sur la mesure pour caractériser les formes et les niveaux d'exposition. - Sur l'aspect biologique, l'IPBS étudiera en détail l'interaction champ électromagnétique avec les membranes. Dans un premier temps, les études viseront la membrane plasmique, en particulier l'interaction champ électrique / eau interfaciale liée et structures responsables des champs interfaciaux endogènes qui semblent être un point clef de ces types de phénomènes. Ensuite les travaux porteront sur les effets liés aux caractéristiques des impulsions sur des modèles de membranes, puis sur les cellules ; en particulier vis à vis du transfert de gène et les possibilités d'accroître l'efficacité de l'électrotransfert d'ADN in vitro sur des cellules en suspension. Il s'agit de reproduire, d'affiner et d'optimiser certaines observations préliminaires de K. Schoenbach et S. Beebe aux USA. - Enfin les compétences en modélisation et simulation numérique de deux laboratoires (CEGELY et XLIM) seront mises à profit pour développer les outils nécessaires au calcul des différents phénomènes survenant au niveau de la cellule lorsque celle-ci est soumise à une nano-impulsion électrique, et comprendre l'influence des différents paramètres physiques ou électriques prépondérants sur ces mêmes phénomènes. - - Résultats attendus - Mise en place de banc d'exposition, de la source à la caractérisation, pour l'étude des interactions nanopulses avec le vivant. - Influence d'impulsion dont on maîtrise la forme (unipolaire ou bipolaire) et la durée (300ps à 10ns) sur les cellules biologiques. - Compréhension des mécanismes d'interaction des impulsions électromagnétiques de forte amplitude sur le vivant, en particulier sur les membranes de la cellules et de ces constituants. - Afin