Modélisation et conception d'un système de mesure de comportement électrique de cellules vivantes : application aux épithéliums intestinaux, Modeling and design of a voltage clamp used to measure electrical parameters of biological tissues : application to intestinal epitheliums

Julien Mathieu

Description

Sous la direction de Saïd Mammar, Bruno Eto
Thèse soutenue le 13 novembre 2008: Evry-Val d'Essonne
A partir de paramètres électriques comme le courant de court-circuit, la tension transépithéliale et la conductance, il est possible d'étudier des phénomènes de transports électrogéniques à travers un tissu biologique. Ces mesures peuvent contribuer à l’étude d’une molécule en fonction de sa traversée et de son action sur les propriétés de l’épithélium, de son mécanisme de transport, de sa relation concentration-passage ou encore de ses effets comparés à des molécules de référence. Le travail réalisé porte sur la conception d’un système automatisé permettant de mesurer ces trois paramètres électriques. Le principe de base utilisé est celui de la chambre d’Ussing. Il consiste à monter un tissu biologique entre deux demi-chambres pour isoler ses cotés muqueux et séreux et à mesurer ses paramètres électriques par l’intermédiaire d’électrodes de courant et de référence. L’étude a abouti à la réalisation d’une chambre d’Ussing modifiée pour optimiser la circulation de la solution physiologique et homogénéiser la densité de courant électrique traversant le tissu biologique. Des électrodes en acier inoxydable ont également été étudiées pour démontrer leur utilisation possible dans la chambre. Le principe de mesure retenu est fondé sur un correcteur défini d’après une fonction de transfert simplifiée du système. Une modélisation plus précise des interfaces et de différents tissus a été réalisée par impédancemétrie et a été utilisée pour la simulation et la calibration du correcteur. Les résultats obtenus ont été confrontés à un système de référence et permettent d’envisager par la méthode proposée une utilisation améliorée des chambres d’Ussing.
-chambre d’Ussing
With electrical parameters such as the short circuit current, the transepithelial voltage and the conductance it is possible to study electrogenic transport across biological barriers. These measurements can be useful for the study of a molecule on the basis of its crossing behavior and its action on the epithelium properties, its dose effect relationship and its comparison with known molecules. The purpose of this work was to achieve an automated device which can measure these three electrical parameters. The used measurement principle is based on the Ussing’s chamber. This principle consists in mounting a biological tissue between two half chambers in order to isolate its mucosal side from its serous side and to measure its electrical parameters using working electrodes and reference electrodes. The study led to the design of a modified Ussing’s chamber which improves the fluid flow and the electric current density through the biological tissue. Stainless steel electrodes have been also studied in order to demonstrate their potential use in the chamber. The measurement principle is based on a controller synthesized from a simplified transfer function model. A more accurate model of the interfaces with various tissues was carried out by impedance spectroscopy and was used for the controller’s simulation and calibration. The results were checked with a reference system and allow to consider the proposed method as an improvement of the Ussing’s chamber.
-Ussing chamber
Source: http://www.theses.fr/2008EVRY0018/document

Informations

• Publié par: Thesee
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