Projet ANR-15-CE19-0003 – CARIBBBOU : Contrôle de cavitation in-vivo : application à l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique
Programme : Technologies pour la santé (DS0413) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Claude Inserra (Application des Ultrasons à la Therapie (LabTAU))
Partenaires : Laboratoire public; CGU Chang Gung University; Laboratoire public; Guólì Táiwan Dàxué Yixuéyuàn Fùshè Yiyuàn
Montant : 395323.0 euros
Date de début : 2016
Durée : 36 mois
Résumé : Contexte scientifique : La barrière hémato-encéphalique (BHE), qui protège le système nerveux central (SNC) des agents pathogènes, toxiques ou indésirables présents dans la circulation sanguine, constitue un obstacle aux traitements médicamenteux de nombreuses maladies neurologiques. Il a été montré que l’utilisation d’ultrasons, en présence de microbulles qui facilitent localement la cavitation dans les capillaires, pouvait permettre d’augmenter significativement la pénétration de molécules dans le SNC, par une ouverture temporaire de la BHE. Cette technique est donc extrêmement prometteuse pour les traitements pharmacologiques dans le cerveau, notamment pour la mise en œuvre de chimiothérapies dans le cas de tumeurs cérébrales. Cependant, pour appliquer cette technique, il est crucial de comprendre les mécanismes d’action des ultrasons et de la cavitation ultrasonore sur les cellules endothéliales et sur l’ouverture de la  BHE, et d’être capable de contrôler les différents aspects de ce phénomène de cavitation pour pouvoir activer ces mécanismes. Etant donnée la complexité des phénomènes de cavitation et de délivrance médicamenteuse dans le SNC, il nous apparaît important (i) de savoir suivre et contrôler in-vitro et in-vivo l’activité de cavitation acoustique, (ii) d’étudier l’effet de stimulations ultrasonores contrôlées sur une monocouche cellulaire modèle simulant la BHE, et (iii) d’évaluer in vivo l’ouverture de la BHE dans des cas de cavitation contrôlée.
Description du projet : Nous nous proposons de mettre au point un générateur de cavitation contrôlée pour la thérapie cellulaire par ultrasons, et plus particulièrement pour l’ouverture ultrasonore de la BHE. Une première partie de la recherche portera sur la conception d’un contrôle de cavitation basé sur la détection acoustique du nuage de bulles et sur une quantification des activités d’oscillation et d’implosion des bulles. Une fois établis les critères appropriés pour chaque régime de cavitation stable ou inertielle, la régulation en temps réel sera mise en œuvre sur différentes configurations de sources ultrasonores adaptées aux applications in vitro et in vivo. Dans un deuxième temps, les mécanismes physiques précis liés à la cavitation et qui permettent l’ouverture de la BHE et la transfection dans le cerveau seront clarifiés en utilisant des cellules particulières, connue comme modèle pertinent de la perméabilité de la BHE. Les changements dans la prolifération cellulaire et l’internalisation moléculaire seront suivis par vidéo-microscopie sur un tapis de culture cellulaire. Le mécanisme de pénétration intracellulaire sera exploré à travers l’étude de trois principales voies endocytaires et des modifications de l’expression génique induite par les ultrasons. Enfin, le dispositif de cavitation contrôlé sera testé en termes d’ouverture de la BHE sur un modèle de petit animal, pour la délivrance d’ADN dans le parenchyme cérébral. Afin d’améliorer l’expression génique, l’utilisation de polymères spécifiques pour contrôler la durée d’expression sera envisagée. L’efficacité de la délivrance de molécules dans le cerveau par cavitation ultrasonore focalisée et contrôlée en temps réel sera évaluée in vivo sur un modèle animal de maladie neurodégénérative. 
Résultats attendus : L’approche proposée devrait permettre d’améliorer les effets biologiques des ultrasons, en contrôlant le comportement chaotique du phénomène de cavitation. Les paramètres acoustiques et biophysiques pertinents pour stimuler l’internalisation et modifier le comportement cellulaire seront mis en évidence. En permettant le contrôle du phénomène de cavitation ultrasonore et des effets biologiques induits, ce projet et les dispositifs technologiques conçus pour les applications in vivo ont pour ambition d’élargir le potentiel d’application de la thérapie ultrasonore, notamment vers le traitement de maladies neurologiques actuellement incurables, avec à long terme un réel impact sociétal.