Transport properties in biomimetic tissues
Propriétés de transport dans des tissus biomimétiques
Résumé
In this thesis work, we develop an experimental model biomimetic of cell-cell communication. It consists in networks of aqueous droplets bathing in oil and connected by lipid bilayers decorated with ion channels. To produce these droplet networks, we first develop an original printing method based on the periodic extraction through an oil/air interface of a capillary in which the aqueous phase is injected. When the bilayers are decorated with the ion channel hemolysin, we then study the diffusion of a fluorescent probe in 1D nanoporous networks, using epifluorescence microscopy. We establish that the characteristic diffusion time depends non-linearly on the nanopores concentration. We show that our results are well captured within a first passage time theoretical description, in which nanopores are clustered rather than being independent. In the last part, we use cell-free reactions to express directly within the droplets the previously used hemolysin or the mechanosensitive ion channel MscL. We successfully demonstrate the insertion and functionality of synthesized hemolysin using both confocal microscopy and electrophysiological measurements. These results pave the way to the study of diffusive transport properties in mechanosensitive networks under mechanical stress.
Dans ce travail nous développons un modèle expérimental biomimétique de la communication cellule-cellule. Il s'agit de réseaux de gouttelettes aqueuses baignant dans l'huile et reliées par des bicouches lipidiques ornées de canaux ioniques. Pour produire ces réseaux de gouttelettes, nous développons d'abord une méthode d'impression originale basée sur l'extraction périodique à travers une interface huile/air d'un capillaire dans lequel la phase aqueuse est injectée. Nous incorporons ensuite aux bicouches un canal ionique – l’hémolysine - pour étudier la diffusion d'une sonde fluorescente dans des réseaux nanoporeux 1D par microscopie d’épifluorescence. Nous établissons que le temps de diffusion caractéristique dépend de façon non linéaire de la concentration introduite en nanopores. Nous montrons que nos résultats peuvent être compris par le biais d’une description théorique basée sur les temps de premier passage, dans laquelle les nanopores sont regroupés dans la membrane plutôt qu'isolés. Dans la dernière partie, nous utilisons des réactions cell-free pour exprimer directement dans les gouttelettes l'hémolysine précédemment utilisée ou le canal ionique mécanosensible MscL. Nous avons démontré dans ce cadre l'insertion et la fonctionnalité de l'hémolysine ainsi synthétisée par microscopie confocale et mesures électrophysiologiques. Ces résultats permettront d’entreprendre l'étude des propriétés de transport diffusives dans les réseaux mécanosensibles sous contrainte mécanique.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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