Electro-Mechanical Manipulation of Mammalian Cells in Suspension

Le but principal de cette thèse était de décrire le développement d'une plate-forme microfabriquée et son application pour la caractérisation mécanique des cellules mammifères vivantes. La technique emploie les forces de polarisation électriques pour emprisonner et étirer des cellules dans des champs électriques non-uniformes et variables dans le temps. Ce travail a été motivé par la sous-utilisation apparente des champs électriques pour la caractérisation mécanique des cellules; les méthodes décrites ici ont permis la caractérisation mécanique de cellules mammifères diverses et précédemment non étudiées. La caractérisation mécanique de cellules vivantes est habituellement réalisée en sondant des structures locales près de la surface des cellules. Très peu de ces techniques appliquent des contraintes uniaxiales aux cellules entières et la comparaison des données de diverses techniques est donc difficile. Par contre, des champs électriques peuvent être employés pour exercer ces forces uniaxiales sur les cellules suspendues. La plupart des cellules mammifères adoptent une géométrie quasi-sphérique lorsque suspendues dans un milieu (aqueux) liquide; ceci simplifie à la fois la manipulation des cellules ainsi que l'interprétation des données mécaniques. Les champs électriques exercent des forces sans contact mécanique significatif entre les cellules et les structures du dispositif et peuvent donc être décrits comme un « rayon tracteur », qui peut déplacer, emprisonner, ou déformer électriquement les objets polarisables telles les cellules biologiques. En plus, les électrodes nécessaires sont facilement incorporées dans les dispositifs microfabriqués, ce qui suggère que les techniques basées sur des champs électriques seront de plus en plus utilisées. La caractérisation mécanique des cellules par « électro-déformation » (ED) se place dans le contexte plus grand de l‟électro-manipulation de cellules. Afin de mieux comprendre le comportement des cellules dans les champs électriques, nous avons commencé nos études en utilisant la diélectrophorèse (DEP) pour placer des monocytes humains (U937) dans un champ électrique non-uniforme, avant d‟effectuer l'électroporation (EP) permettant la livraison de transgènes. Un ensemble d'électrodes planaires inertes microfabriquées sur un substrat de verre a été utilisé pour la DEP et l‟EP. Les propriétés diélectriques des cellules ont été estimées et la modélisation (par éléments finis) des champs électriques nous à permis de prévoir le positionnement des cellules. Le point à partir du quel les impulsions électriques ont augmenté la perméabilité des membranes cellulaires aux molécules fluorescentes et aux plasmides d'ADN