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Acoustique picoseconde pour l'élastographie cellulaire et l'évaluation de l'adhésion sur biomatériau – PicoBio

Résumé de soumission

Dans le domaine de la chirurgie de substitution osseuse et/ou vasculaire, un réel besoin est exprimé pour disposer de solutions innovantes afin d'améliorer la disponibilité, la pérennité et la bio-sécurité des implants. Une des stratégies actuelles consiste à rendre les biomatéraux plus attractifs pour les tissus de leur environnement. Pour cela, une approche appropriée consiste à fonctionnaliser la surface du matériau par des ligands peptidiques pour améliorer l'adhésion de la cellule et améliorer la colonisation cellulaire et tissulaire des biomatériaux. Cependant il n'existe pas de moyens de mesure sans contact et non invasifs pour quantifier l'attractivité des matériaux et l'adhésion cellulaire. - L'acoustique picoseconde est une technique qui permet de générer des ondes mécaniques de fréquences très élevées (0,1 THz) au moyen d'impulsions lasers extrêmement courtes (100 fs). De nombreux résultats ont été obtenus avec cette technique dans des domaines aussi diverses que la physique de la matière condensée ou la microélectronique. Par comparaison avec la technique plus conventionnelle de microscopie acoustique avec des transducteurs piézo-électriques, les avantages de la technique d'acoustique picoseconde sont qu'elle ne nécessite pas de couplage direct avec l'échantillon, et que le spectre des signaux émis est extrêmement large. - Le projet proposé ici concerne les premières applications de l'acoustique picoseconde à l'étude de milieux biologiques. Ce projet très novateur et ambitieux a été conçu grâce à l'association de trois équipes complémentaires, chacune étant parmi les plus performantes dans son domaine. La collaboration ancienne et régulière entre les équipes du LMP et du CPMOH est avérée par l'obtention conjointe de financement, le co-encadrement de doctorant, le dépôt conjoint d'un brevet et des publications communes. La collaboration plus récente avec l'Unité INSERM U577 (LBRT) est motivée par un intérêt scientifique et elle est avérée par les résultats préliminaires présentés sommairement dans ce projet. - Le projet est volontairement concentré sur le développement de moyens innovants pour réaliser des mesures quantitatives d'indicateurs pertinents de la biocompatibilité des implants nouvellement développés. - Des résultats préliminaires démontrant la faisabilité du procédé ont été obtenus in vitro au LMP avec des échantillons réalisés au LBRT et constitués de cellules ostéoblastes humaines maintenues vivantes. Les premiers résultats montrent que le signal acoustique contient des fréquences s'étendant jusqu'à 10 GHz ! - La première partie du projet (WP1) consiste en une amélioration indispensable des dispositifs pour améliorer la conservation des échantillons pendant les expériences. Un dispositif sera adapté pour permettre l'acquisition rapide d'images acoustiques avec une résolution latérale de l'ordre de 0,5 µm. - Des résultats qualitatifs obtenus par ailleurs ont montré que la compressibilité du cytoplasme est susceptible d'augmenter lorsque la biocompatibilité est accrue. L'élasticité du cytoplasme est un indicateur qui peut être mesuré et cartographié à partir de mesures de la célérité des ondes ultrasonores. Dans la deuxième partie du projet, l'élastographie du cytoplasme sera réalisée au moyen d'ondes acoustiques de volume. Dès ce stade, des mesures statistiques de la compressibilité d'une collection de cellules pourront être opérées. De plus, il est suspecté qu'un greffage non uniforme de la cellule par des peptides répartis sur l'interface pourrait améliorer l'adhésion de la cellule. La cartographie de la compressibilité du cytoplasme à l'interface d'une cellule unique pourra être réalisée. - Par ailleurs, nous pensons que l'acoustique picoseconde peut être utilisée pour mesurer de façon non invasive l'adhésion d'une cellule sur un implant. La troisième partie du projet (WP3) est donc dédiée à l'évaluation de l'adhésion au moyen d'ondes d'interface se propageant entre la cellule et le substrat.

Coordination du projet

Bertrand AUDOIN (Organisme de recherche)

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

Aide de l'ANR 390 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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