Capteur térahertz ATR pour l'étude en temps réel de la perméabilisation des membranes cellulaires – TeraCellATR

Les méthodes permettant de suivre en temps réel les échanges moléculaires à travers la membrane des cellules vivantes sont encore rares. Bénéficiant des récents développements technologiques, la région térahertz du spectre électromagnétique offre un potentiel important dans le domaine biomédical.
Notre projet, basé sur une étroite collaboration de deux ans entre une équipe de développement de biocapteurs térahertz au LOB et une équipe de biologistes et de chimistes à l'IMRCP, concevra un capteur térahertz de routine permettant d'obtenir des informations en temps réel et de quantifier les échanges entre les membranes cellulaires, sur de multiples réplicats en parallèle et dans un environnement compatible avec la culture cellulaire à long terme (plusieurs heures). Notre ligne directrice sera une comparaison constante de l'évaluation de l'intégrité de la membrane plasmique avec le capteur térahertz et avec les techniques biologiques standard, pour évaluer la complémentarité du capteur térahertz sur deux axes biologiques principaux : cellules au contact de nanovecteurs polymères ou de protéines et dans le cadre d’un stress oxydant en lien avec différentes situations thérapeutiques comme par exemple la maladie d'Alzheimer.

Le travail sera organisé en deux tâches :
- La première comprendra tout l’aspect développement technologique de la plateforme de capteurs térahertz, en faisant évoluer le dispositif déjà existant vers un système à environnement contrôlé en température et CO2, permettant une parallélisation des mesures et une diminution des volumes étudiés
- La deuxième se focalisera sur la confrontation des mesures de spectroscopie térahertz avec celles obtenues par des tests biologiques classiques (microscopie électronique, échanges de différents ions, de molécules de différentes tailles). Les perméations seront induites soit par la présence de (bio)macromolécules soit par un stress oxydant.

L'originalité et les points forts du projet reposeront sur :
- Le développement et l’utilisation de la technique de contraste térahertz QCL-ATR pour le suivi en temps réel de la perméabilisation de la membrane cellulaire aussi bien dans les processus précoces que tardifs (de quelques minutes à quelques heures), grâce à un environnement biocompatible,
- La comparaison directe de tests biologiques bien établis et du nouveau biocapteur térahertz,
- L’accès simultané à un grand nombre de répliques par parallélisation des mesures,
- Une forte réduction des volumes détectés pour les échantillons rares ou coûteux.

Les applications potentielles des capteurs térahertz développés dans ce projet sont nombreuses. En biologie : mise en évidence d’échange de molécules à travers la membrane, électroporation, délivrance de médicaments, vecteurs viraux, etc. L'étude des biofilms bactériens serait particulièrement intéressante : adhésion du biofilm à la surface, suivi de la dynamique de croissance microbienne, colonisation, résistance aux antibiotiques… Les biofilms représentent un enjeu sociétal et industriel majeur en Europe : santé, pollution environnementale, corrosion, etc. D'un point de vue plus fondamental, ces capteurs seront également très utiles en chimie et physico-chimie en mesurant la constante diélectrique térahertz des liquides avec une précision inégalée : couche de solvatation des ions ou des protéines dans l'eau, potentiel intermoléculaire polarisable…