Des microbulles oscillantes pour augmenter la perméabilité des membranes cellulaires

Publié par Isabelle le 02/06/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS

© LabTAU-LMFA
Lorsque des microbulles sont excitées par des ultrasons, leurs oscillations peuvent augmenter la perméabilité d'une barrière biologique à proximité. Des chercheurs du LMFA, en collaboration avec le LabTAU ont mis au point (Graphie) une chambre acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des...) permettant d'étudier de manière fiable et reproductible ce phénomène, avec pour objectif, à terme, la délivrance ciblée de médicaments. Les résultats sont publiés dans le Journal of Visualized Experiments.

Pour qu'un médicament (Un médicament est une substance ou une composition présentée comme possédant...) atteigne sa cible à l'intérieur du corps, il doit franchir des barrières biologiques, et notamment des membranes cellulaires. Afin d'améliorer la perméabilité de ces membranes, l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de microbulles associées à des ultrasons a été proposé. En effet, quand des microbulles à proximité d'une membrane sont excitées par des ultrasons, elles subissent des déformations oscillantes qui créent des micro-écoulements à proximité de leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...). Ces derniers sont à l'origine de contraintes de cisaillement au niveau de la membrane, responsables de sa perméabilisation temporaire.

Cependant, pour obtenir ces micro-écoulements, les oscillations de la bulle doivent s'écarter d'un régime d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à...) purement sphérique, et développer des instabilités de translation ou non sphériques. Toute la difficulté est donc de produire de manière stable et contrôlée ces oscillations non sphériques. Une équipe du Laboratoire de Mécanique des Fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides...) et d'Acoustique (LMFA, CNRS/Université de Lyon/Ecole Centrale de Lyon/ Insa Lyon), en collaboration avec le Laboratory of Therapeutic Applications of Ultrasound (LabTAU, Inserm/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le...) Lyon 1/ Centre Léon Bérard) y est parvenu en créant une chambre acoustique à lévitation (La lévitation est le fait, pour un être ou un objet, de se déplacer ou de rester en...) permettant l'étude de ces oscillations non sphériques.

Dans la chambre acoustique conçue par les chercheurs, une bulle créée dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) par focalisation d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) est piégée à l'écart des parois dans un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) ultrasonore. En produisant la coalescence de deux bulles ainsi formées, dont les oscillations sont initialement sphériques, ils obtiennent une bulle plus grosse, dont les déformations périodiques sont cette fois non sphériques. Le régime de ces oscillations est stable, et leur axe de symétrie est parfaitement contrôlé. Des caméras à haute cadence permettent d'étudier simultanément la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des bulles, et celle des micro-écoulements (grâce à des particules fluorescentes introduites dans le liquide).

Avec ce dispositif, les chercheurs ont pu faire le lien entre les modes d'oscillation des bulles et les micro-écoulements observés. Sur la base de ce modèle prédictif, l'étude va maintenant se poursuivre en mesurant les contraintes de cisaillement créées dans une paroi à proximité des bulles. Des expérimentations pourront ensuite réalisées avec de vraies cellules biologiques.


(a-e) Schéma du dispositif expérimental utilisé pour générer et piéger par lévitation acoustique des bulles uniques en mode de surface.
(f) Visualisation de la dynamique de la bulle.
(g) Visualisation du micro-écoulement induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...).
© LabTAU-LMFA


(a) Coalescence de deux bulles dans un champ acoustique.
(b) Micro-écoulement induit par une bulle oscillant en mode de surface (imagerie de particules).
(c) Motif du micro-écoulement (lignes de courant).
© LabTAU-LMFA

Références:
Induction of Microstreaming by Nonspherical Bubble Oscillations in an Acoustic Levitation System
C. Inserra, G. Regnault, S. Cleve, C. Mauger, P. Blanc-BenonOpt.
Journal of Visualized Experiments, May 9, 2021.
doi.org/10.3791/62044

Contacts:
- Philippe Blanc-Benon - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) au Laboratoire de Mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) des Fluides et d'Acoustique (LMFA, CNRS/Université de Lyon/Ecole Centrale de Lyon/ Insa Lyon) - philippe.blanc-benon at ec-lyon.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
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