Des microbulles oscillantes pour augmenter la perméabilité des membranes cellulaires

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 une chambre acoustique 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 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 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. 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 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 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 Lyon 1/ Centre Léon Bérard) y est parvenu en créant une chambre acoustique à lévitation permettant l'étude de ces oscillations non sphériques.

Dans la chambre acoustique conçue par les chercheurs, une bulle créée dans un liquide par focalisation d'un laser est piégée à l'écart des parois dans un champ 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 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.



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 CNRS au Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA, CNRS/Université de Lyon/Ecole Centrale de Lyon/ Insa Lyon) - philippe.blanc-benon at ec-lyon.fr
- Communication INSIS - insis.communication at cnrs.fr