CE06 - Polymères, composites, physique et chimie de la matière molle

Hydrogel photocontrôlable pour la microscopie photonique – GELLIGHT

GELLIGHT

Hydrogel photocontrôlable pour la microscopie photonique

Développement d'un hydrogel photocontrôlable

La réponse de tissus biologiques à des stress mécaniques est étudiée de façon croissante, suite au lien établi entre cette réponse et de nombreuses fonctions biologiques ainsi que l’apparition et la progression de différentes pathologies comme la fibrose ou l’ischémie. Caractériser ces phénomènes de réponse au stress mécanique provoque le besoin de nouvelles technologies permettant une stimulation et une caractérisation simultanée des tissus biologiques étudiés. Ainsi, des matériaux stimulables sont de plus en plus examinés pour des applications en biologie. Parmi eux, les hydrogels occupent une place importante, due à leur teneur élevée en eau. Dans ce domaine, le projet GELLIGHT vise à développer des hydrogels biocompatibles dont la tenue mécanique pourra être contrôlée de façon réversible par la lumière et qui seront utilisés comme porte-échantillon actif en microscopie photonique de cellules cardiaques cultivées en 3D. Pour atteindre ce but, une réticulation chimique et physique (par interactions hôte-invité) sera utilisée et le tissu biologique directement encapsulé dans l’hydrogel. <br />L’originalité de ce projet réside dans les points suivants : <br />- l’obtention d’une variation élevée de la tenue mécanique, typiquement au-delà de 30%, induite par la lumière, et ceci de façon réversible, basé sur nos résultats préliminaires <br />- l’étude de l’influence du stress mécanique sur des cultures cellulaires en 3D dans un dispositif d’imagerie 3D <br />- le niveau de spécifications pour l’hydrogel exigé par l’application en microscopie <br />- le concept d’utiliser le porte-échantillon comme un outil de manipulation du tissus biologique, permettant d’envisager de futurs développements de nouvelles techniques d’observation, entièrement fondées sur des systèmes optiques.

Le projet est organisé en 4 tâches scientifiques :
- synthèse des photochromes adéquats qui seront responsables de la réticulation réversible par leur changement de forme par irradiation
- formation des hydrogels, optimisation par plans d’expérience
- caractérisation physique des hydrogels par rhéologie, diffusion dynamique de la lumière, microscopie à force atomique. Tests des spécifications en lien avec la microscopie photonique (transparence, compatibilité des indices de réfraction…)
- utilisation des hydrogels comme actionneurs de tissus biologiques pour la microscopie photonique. Tests de cytotoxicité, confrontation de cardiomyoblastes et de cardiomyocytes aux stimulations induites par l’hydrogel dans le dispositif microscopique.
Ce projet interdisciplinaire regroupe 4 laboratoires académiques avec des domaines d’expertise en science des polymères (IMRCP à Toulouse et IMMM au Mans), des systèmes photo-stimulables (IMRCP), la microscopie (ITAV à Toulouse), la biologie cellulaire (ITAV, I2MC à Toulouse) et la clinique (I2MC). La proximité géographique de trois des partenaires ainsi que les collaborations déjà existantes par paires entre les partenaires garantit une efficacité maximale pour le projet.

- Caractérisation approfondie de complexes azobenzène@cyclodextrines en condition statique ou sous irradiation lumineuse. Cela comprend la détermination de la stoechiométrie, de la constante d'affinité, des rendements quantiques lors de l'isomérisation trans/cis du groupement azo.

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- «Quantitative kinetic modeling in photoresponsive supramolecular chemistry: the case of water-soluble azobenzene/cyclodextrin complexes« Jorge Royes, Camille Courtine, Corinne Lorenzo, Nancy Lauth-de Viguerie, Anne-Françoise Mingotaud, Veronique Pimien

La réponse de tissus biologiques à des stress mécanique est étudiée de façon croissante, suite au lien établi entre cette réponse et de nombreuses fonctions biologiques ainsi que l’apparition et la progression de différentes pathologies comme la fibrose ou l’ischémie. Caractériser ces phénomènes de réponse au stress mécanique provoque le besoin de nouvelles technologies permettant une stimulation et une caractérisation simultanée des tissus biologiques étudiés. Ainsi, des matériaux stimulables sont de plus en plus examinés pour des applications en biologie. Parmi eux, les hydrogels occupent une place importante, due à leur teneur élevée eau. Dans ce domaine, le projet GELLIGHT vise à développer des hydrogels biocompatibles dont la tenue mécanique pourra être contrôlée de façon réversible par la lumière et qui seront utilisés comme porte-échantillon actif en microscopie photonique de cellules cardiaques cultivées en 3D. Pour atteindre ce but, une réticulation chimique et physique (par interactions hôte-invité) sera utilisée et le tissu biologique directement encapsulé dans l’hydrogel.

L’originalité de ce projet réside dans les points suivants :
- l’obtention d’une variation élevée de le tenue mécanique, typiquement au-delà de 30%, induite par la lumière, et ceci de façon réversible, basé sur nos résultats préliminaires
- l’étude de l’influence du stress mécanique sur des cultures cellulaires en 3D dans un dispositif d’imagerie 3D
- le niveau de spécifications pour l’hydrogel exigé par l’application en microscopie
- le concept d’utiliser le prote-échantillon comme un outil de manipulation du tissue biologique, permettant d’envisager de futurs développements de nouvelles techniques d’observation, entièrement fondées sur des systèmes optiques.

Le projet sera organisé en 4 tâches scientifiques :
- synthèse des photochromes adéquats qui seront responsables de la réticulation réversible par leur changement de forme par irradiation
- formation des hydrogels, optimisation par plans d’expérience
- caractérisation physique des hydrogels par rhéologie, diffusion dynamique de la lumière, microscopie à force atomique. Tests des spécifications en lien avec la microscopie photonique (transparence, compatibilité des indices de réfraction…)
- utilisation des hydrogels comme actionneurs de tissus biologiques pour la microscopie photonique. Tests de cytotoxicité, confrontation de cardiomyoblastes et de cardiomyocytes aux stimulations induites par l’hydrogel dans le dispositif microscopique.

Ce projet interdisciplinaire regroupe 4 laboratoires académiques avec des domaines d’expertise en science des polymères (IMRCP à Toulouse et IMMM au Mans), des systèmes photo-stimulables (IMRCP), la microscopie (ITAV à Toulouse), la biologie cellulaire (ITAV, I2MC à Toulouse) et la clinique (I2MC). La proximité géographique de trois des partenaires ainsi que les collaborations déjà existantes par paires entre les partenaires garantit une efficacité maximale pour le projet.
Ce projet conduira au développement de nouvelles formulations d’hydrogels stimulable dans le domaine du visible, ce qui ouvrira des applications comme actionneurs souples en biologie ou des systèmes de photorelargage de médicament. Il génèrera aussi de nouveaux outils pour simultanément manipuler et observer des tissus biologiques. Cette approche constituera une base pour des dispositifs futurs utilisables pour la mécanobiologie, avec une diversification des pathologies pouvant être étudiées.

Coordinateur du projet

Madame Anne-Françoise Mingotaud (LABORATOIRE INTERACTIONS MOLECULAIRES ET REACTIVITE CHIMIQUE ET PHOTOCHIMIQUE)

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

I2MC INSTITUT DES MALADIES METABOLIQUES ET CARDIOVASCULAIRES DE TOULOUSE
IMMM INSTITUT DES MOLÉCULES ET MATÉRIAUX DU MANS
ITAV INSTITUT DES TECHNOLOGIES AVANCEES EN SCIENCES DU VIVANT
IMRCP LABORATOIRE INTERACTIONS MOLECULAIRES ET REACTIVITE CHIMIQUE ET PHOTOCHIMIQUE

Aide de l'ANR 471 031 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2018 - 42 Mois

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