Nouveaux dispositifs pour l'application contrôlée d'impulsions électriques nanosecondes et pour la détection de leurs effets sur les cellules : Nouveaux résultats et hypothèses sur les paramètres contrôlant l'électroperméabilisation des cellules biologiques

La manipulation des membranes des cellules en suspension ou dans des tissus au moyen d’impulsions electriques constitue un sujet de recherche majeur au cœur du bio-electromagnetisme. A ce jour les impulsions de quelques microsecondes voire millisecondes ont ete principalement etudiees. Elles n’affectent que la membrane plasmique des cellules. Les impulsions nanosecondes de fort niveau de champ (de l’ordre de quelques MV/m) ouvrent la voie vers la manipulation des organelles intra-cellulaires. En outre, elles constituent un nouvel outil pour l’etude des mecanismes de la permeabilisation. Les travaux de cette these ont ete principalement consacres aux effets des impulsions de 10 ns sur la membrane plasmique. Des protocoles experimentaux permettant d’appliquer de facon reproductible et controlee les impulsions sur des objets vivants ont ete definis. Des moyens de mesure (D-dot et B-dot) adaptes aux hautes tensions et hautes frequences ont ete developpes et mis en œuvre, permettant un controle en temps reel des impulsions delivrees.Differentes approches ont permis de mettre en evidence la permeabilisation des cellules par des impulsions de 10 ns. Ces techniques regroupent notamment le suivi de bio-impedance dans les tissus et l’internalisation de molecules cytotoxiques non permeantes dans des cellules en suspension et in vivo sur des tumeurs. Les experiences conduites ont permis de mettre en evidence la plus grande efficacite des basses frequences de repetition dans la permeabilisation d’un tissu vegetal (la pomme de terre). De plus l’influence de la conductivite du milieu extracellulaire sur le niveau de permeabilisation a ete investiguee. Ces experiences ont permis de mettre en evidence l’importance de la dynamique d’etablissement et de relaxation de la difference de potentiel transmembranaire dans l’efficacite de la permeabilisation.Enfin un microscope CARS (Coherent Anti-stokes Raman Scattering) plein-champ a ete developpe. Sa conception a ete pensee en vue de l’etude des effets des impulsions ultra-courtes sur le vivant a l’echelle moleculaire. A ce jour il permet d’obtenir des images de cellules en CARS en 3 ns.