CE19 - Technologies pour la santé

Dispositifs bioélectroniques flexibles et implantables pour l’amélioration du traitement du Glioblastome par impulsions électriques – FIDELGLIO

Dispositifs bioélectroniques flexibles et implantables pour l’amélioration du traitement du Glioblastome par impulsions électriques

FIDELGLIO tentera de comprendre les mécanismes des effets du PEF sur la vascularisation cérébrale et les réponses immunitaires dans le microenvironnement du glioblastome. Il utilisera la microscopie multiphotonique pour révéler les mécanismes de la perturbation des BBB induite par les PEF in vivo et appliquera ces nouvelles connaissances pour développer une plate-forme basée sur les PEF pour traitements du cerveau. Il examinera également si l'administration de PEF provoque un effet immunogène.

L'objectif principal est de développer un traitement novateur, peu invasif, efficace et sûr pour les tumeurs cérébrales délivrant des DEP par des dispositifs électroniques organiques implantables.

Les objectifs de FIDELGLIO sont les suivants :<br />- Concevoir un implant de microélectrode électronique organique flexible pour la délivrance de champs électriques pulsés dans un modèle de glioblastome de souris<br />- Démontrer la capacité de l'implant à délivrer des DEP in vivo dans des expériences sur des souris tout en évaluant l'influence sur la perfusion vasculaire et la perturbation de la BHE avec la microscopie multiphoton<br />- Evaluer l'impact thérapeutique des PEF sur les tumeurs de glioblastome in vivo<br />- Étudier l'influence des DEP sur le système immunitaire dans le microenvironnement de la tumeur<br />- Ouvrir la voie à une application clinique de ce nouveau type de traitement

Fabrication du premier prototype
Les électrodes seront fabriquées à l'aide d'une technique photolithographique adaptée aux couches organiques, comme décrit dans [24]. En bref, une couche sacrificielle de parylène est déposée (Specialty Coating Systems) sur un substrat de verre et structurée par photolithographie, pour former un masque de contact sur lequel le polymère conducteur est déposé. Le décollage mécanique du parylène laisse derrière lui un film polymère conducteur à motifs. Des plots de contact en métal (comme le Pt ou l'Au) seront pré-modélisés sur le substrat par lithographie pour faciliter le contact électrique reproductible avec les sondes d'une station de sondage. La stérilisation des dispositifs avant leur intégration dans les tissus biologiques sera réalisée par simple trempage dans de l'éthanol à 70 % et séchage dans la hotte à flux laminaire (Thermo).

L'impédance électrique et le comportement électrochimique des électrodes seront caractérisés par une voltampérométrie cyclique rapide (CV) (Autolab Potentiostat/Galvanostat). Le comportement CV et les limites d'injection de charge des électrodes PEDOT:PSS seront caractérisés in vitro.

Mesure de l'influence du DEP sur le système vasculaire et la BHE in vivo
Dans ce travail, nous examinerons les changements vasculaires induits par le DEP, qui peuvent inclure des événements tels que la vasodilatation, la constriction et la perméabilité menant à l'extravasation. Ces événements seront observés de manière intravitale à travers la fenêtre crânienne et le dispositif transparent OED en utilisant la microscopie multiphoton à fluorescence in vivo. Une combinaison de macrofluorescence et de microscopie multiphoton sera réalisée pour étudier ces réponses aux champs électriques alors que nous tentons de perméabiliser la BHE in vivo.

Nous avons pu trouver l'épaisseur optimale du revêtement PEDOT :PSS pour délivrer au maximum la charge aux tissus biologiques avec stabilité. Les premières expériences in vivo ont été réalisées en Hongrie par Attila Kaszas post-doc de MINES.

La première conception d'électrode avait des doigts interdigités trop rapprochés, ce qui interfère avec le processus d'imagerie à 2 photons et limite le champ de vision biologique pendant l'imagerie en plus de causer des ombres. De nouvelles électrodes ont alors été rapidement redessinées.

Au CERIMED/AMU, le nouveau protocole d'implantation a prouvé la stabilité à long terme et la clarté à long terme sur 2 mois chez des animaux témoins de la chaleur, malgré l'absence de contact direct entre le verre et la dure-mère normalement nécessaire pour éviter le développement de tissus fibreux.

Une jeune ingénieur a été embauchée à AMU et formée pour effectuer des chirurgies qualitatives, de l'imagerie 2P intravitale et des cultures de sphéroïdes de glioblastome implantables. Alors que la formation à l'implantation de sphéroïdes devait être suivie après coup en raison des conditions COVID, les efforts se sont plutôt concentrés sur l'optimisation du pipeline d'analyse d'images avec le logiciel commercial Arivis.

Les premières expériences menées sur les quelques premières souris transgéniques AMU-Neuroinflam ont indiqué que les électrodes PEDOT:PSS ne provoquaient pas de réponses inflammatoires réactives, mais que la stimulation électrique provoquait l'activation de la microglie EYFP+, voire du système immunitaire inné tout entier.

Une unité de stimulation de MINES a été transférée et installée dans AMU pour évaluer l'impact de la stimulation électrique sur l'inflammation cérébrale.

-Réussite de la première implantation chez la souris et de l'imagerie par microscopie bi-photonique au moyen d'électrodes organiques transparentes et flexibles

-Validation de la biocompatibilité, de la réponse immunitaire et de l'effet vasculaire déclenché par la stimulation électrique.

International Revues à comité de lecture 1. Dijk, Ruigrok, O’Connor. Influence of PEDOT:PSS Coating Thickness on the Performance of Stimulation Electrodes. Advanced Materials Interfaces. 7(16), 2020
2.
Ouvrages ou chapitres d’ouvrage 1. 2.
Communications (conférence) 1. Ruigrok, Dijk, O’Connor Electropulsation in glioblastoma cells by plastic microelectrode devices designed for live cell fluorescence imaging. BioEM Portoroz June 2019
2.
France Revues à comité de lecture 1. 2.
Ouvrages ou chapitres d’ouvrage 1. 2.
Communications (conférence) 1. Ruigrok, Dijk, O’Connor Electropulsation in glioblastoma cells by plastic microelectrode devices. ISEBTT Toulouse Sept 2019
2. Dijk G, Ruigrok H, O’Connor R. Characterization of the Conductive Polymer PEDOT:PSS as a Material for Electrical Stimulation ISEBTT Toulouse Sept 2019
3. Lefevre M, O’Connor D, Donahue MJ, Bardet SM, O’Connor RP. Development of flexible organic microelectrodes for the detection and the treatment of brain cancer. ISEBTT Toulouse Sept 2019
4.
Actions de diffusion Articles de vulgarisation
1. 2.
Conférences de vulgarisation 1. 2.
Autres
1. 2.

Liste des publications monopartenaires (impliquant un seul partenaire)
International Revues à comité de lecture 1. 2.
Ouvrages ou chapitres d’ouvrage 1. 2.
Communications (conférence) 1. Invited session: O’Connor RP. In vivo flexible, implantable, bioelectronic devices for preclinical investigations. World Congress on Electroporation, ISEBTT Toulouse Sept 019
2.

FIDELGLIO mettra au point un dispositif bioélectronique organique, implantable et flexible pour le traitement du glioblastome (GBM)
par des champs électriques pulsés (CEP). Dans un modèle murin orthotopique et syngénique, nous utiliserons la microscopie
biphotonique dynamique in-vivo pour évaluer les effets des CEP à une échelle cellulaire dans la tumeur et son environnement. Afin
d’améliorer l’accès des drogues existantes à la tumeur et leur efficacité, nous définirons le seuil des CEP nécessaires pour ouvrir
transitoirement la barrière hémato-encéphalique. Nous étudierons aussi l'influence directe des CEP sur la prolifération et la mort des
cellules tumorales, sur l’angiogénèse et sur la réponse immunitaire innée. A partir de CEP optimisés, nous démontrerons
l’éradication des cellules oncogéniques restées à la marge d’une résection tumorale. Ce projet peut aider à mettre rapidement sur le
marché médical un nouveau traitement de seconde ligne peu invasif et efficace contre le GBM.

Coordination du projet

Rodney O'CONNOR (Ecole Nationale Superieur de Saint-Etienne -Institut Mines Telecom)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

EMSE-CMP Ecole Nationale Superieur de Saint-Etienne -Institut Mines Telecom
AMU_INT Aix-Marseille Université_Institut de Neurosciences de la Timone
PANAXIUM

Aide de l'ANR 575 438 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 36 Mois

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