Monitoring en temps réel de l'état de stress oxydatif pendant le développement de l’embryon par des microdispositifs électrochimiques haute performance – EmbryoElecSense

Dans les pays occidentaux, environ 3 % des naissances sont issues de techniques de procréation assistée, la plupart d'entre elles impliquant la culture in vitro des embryons. Il a récemment été démontré que le stress oxydatif, lié aux espèces d'oxygène réactif (ROS) et d'azote réactif (RNS) dans le milieu de culture, est un facteur majeur influençant le taux de réussite de ces biotechnologies embryonnaires. Cela affectera la santé future des individus nés de ces biotechnologies.
Dans ce contexte, le projet EmbryoElecSense vise à développer des microdispositifs multiparamétriques innovants pour suivre en temps réel, in situ et sans marquage, le stress oxydatif lors du développement embryonnaire in vitro pendant la période préimplantatoire (4 jours), au niveau d’une population d’embryons puis à l’échelle d'un embryon unique. Les défis en termes de détection sont liés (i) aux faibles niveaux de ROS et de RNS attendus, mais aussi à leur durée de vie relativement courte et (ii) à la détection simultanée de ces espèces réactives. À cette fin, des dispositifs spécifiques seront conçus, en incorporant plusieurs microélectrodes dans le fond des puits de culture, pour la surveillance électrochimique simultanée des ROS et des RNS. Une telle approche non invasive apportera une grande sélectivité et des résolutions temporelles et spatiales élevées. Le suivi sera effectué in situ pendant la période de développement de l'embryon avant son implantation dans l'incubateur.
Le projet se compose de quatre tâches pour atteindre les objectifs fixés. La première tâche consistera à évaluer le niveau de stress oxydatif intracellulaire grâce à des mesures de fluorescence et à l'expression génique à chaque étape du développement de l’embryo. La deuxième tâche sera liée à la préparation des nouveaux dispositifs pour le suivi en temps réel, in situ et simultanée, de la population embryonnaire et d'un embryon unique, pour ROS et RNS. Les dispositifs seront caractérisés à chaque étape et les performances évaluées dans des conditions imitant celles utilisées lors du développement embryonnaire en incubateur. Ensuite, la troisième tâche se concentrera sur les mesures extracellulaires des ROS et des RNS dans des conditions de confinement, en utilisant les dispositifs nouvellement conçus. Les résultats des mesures extracellulaire seront comparés aux mesures intracellulaires par fluorescence effectués dans la première tâche. Enfin, dans la dernière tâche, la méthodologie sera transposée à l'étude du stress oxydatif au niveau d'un seul embryon, grâce à des microdispositifs de nouvelle génération.
Ce projet permettra d'établir des corrélations potentielles entre les productions intra et extracellulaire de ROS et de RNS au cours du développement embryonnaire. Une telle comparaison permettra une analyse approfondie de la cinétique du stress oxydatif en intra et en extracellulaire. En outre, il fournira également des informations quantitatives sur les niveaux de ROS et de RNS au cours des différents stades du développement de l’embryon. Enfin, une corrélation potentielle entre la production intra et extra cellulaire des ROS et RNS, indicateur du statut redox des embryons, sera analysée. Les technologies proposées devraient donc fournir un outil de suivi non invasif du développement de l'embryon pendant sa culture in vitro.
Le consortium scientifique proposé d'EmbryoElecSense est composé de trois groupes de recherche complémentaires et travaillant activement sur le développement embryonnaire, l'ingénierie des microélectrodes en espace confiné et la micro-électroanalyse in vivo et vitro.
Les nouveaux outils technologiques proposés ouvriront sans aucun doute la voie à l'optimisation des milieux de culture des embryons pour les biotechnologies de procréation assistée et, à long terme, à la compréhension des variations interindividuelles de la résistance des embryons au stress oxydatif induit par leur culture in vitro.