# Mesure de l' Élasticité de la membrane cellulaire pour l'OPtimisation de l'administration de médicaments anticancéreux par UltraSons - ÉlastOPUS

Cyril Mauger, Estelle Meziani, Gabrielle Laloy-Borgna, Loic Mees, Philippe

Blanc-Benon, Nathalie Grosjean, Emmanuel Jondeau, Stefan Catheline,

Alexander A. Doinikov, Claude Inserra

► To cite this version:

Cyril Mauger, Estelle Meziani, Gabrielle Laloy-Borgna, Loic Mees, Philippe Blanc-Benon, et al. Mesure de l' Élasticité de la membrane cellulaire pour l'OPtimisation de l'administration de médicaments anticancéreux par UltraSons - ÉlastOPUS. Colloque de restitution de l'appel PEPS " Mécanique du futur ", Oct 2022, Paris, France. . hal-03884399

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Submitted on 5 Dec 2022

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# Mesure de l'Élasticité de la membrane cellulaire pour l'Optimisation de l'administration de médicaments anticancéreux par UltraSons – ÉlastOPUS

C. MAUGER¹, E. MEZIANI¹,², G. LALOY-BORGNA², L. MÉÈS¹, P. BLANC-BENON¹, N. GROSJEAN¹, E. JONDEAU¹, S. CATHELINE², A. A. DOINIKOV¹,², C. INSERRA²

1 LMFA (CNRS/École Centrale de Lyon/INSAS Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) – équipe fluides complexes et transfert & équipe acoustique

2 LabTAU (INSERM/Université Claude Bernard Lyon 1/Centre Léon Bérard)

## Délivrance ciblée de médicaments

### Pour qui ?

* Oncologie (18 millions de cas dans le monde en 2018)

* Maladies neuro-dégénératives (Alzheimer, 1 million de cas en France)

### Pourquoi ?

* Réduction de la toxicité et de la posologie

* Amélioration de l'efficacité des traitements

### Comment ?

* Perméabilisation temporaire des barrières biologiques sans endommagement de la viabilité cellulaire (Figure 1)

* Contraintes de cisaillement modérées : 10 à 20 Pa

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>FIGURE 1 – Schématisation du procédé de sonoporation.</figcaption></figure>

## Objectifs

**Quantification** de l'interaction bulle-cellule aux échelles spatiaux-temporelles acoustique et fluide :

* Déformation membranaire des cellules voisines due au rayonnement acoustique

* Mise en mouvement d'un écoulement appelé *microstreaming* autour des bulles

* Évaluation des contraintes de cisaillement au niveau de la membrane

## Sollicitation membranaire due au rayonnement acoustique d'une bulle oscillante

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>FIGURE 2 – Exemple de mesure par élastographie.</figcaption></figure>

* Mise en place d'une technique micrométrique de sismologie cellulaire (micro-élastographie [1, 2]) (Figure 2)

(a) bulle placée dans le voisinage d'une cellule et oscillant non-sphériquement

(b) cellule déformée par le rayonnement acoustique

(c) reconstruction des champs de déplacements des ondes

(d) cartographie de vitesse d'ondes de cisaillement au sein de la cellule

⇒ Mesures de vitesses d'ondes de cisaillement de l'ordre de 0.5 m · s⁻¹

⇒ Reproductibilité des mesures pour une même lignée cellulaire

⇒ **Preuve de concept** pour la caractérisation mécanique sans contact des propriétés de cellules biologiques micrométriques

## Remerciements

Ce travail a été soutenu par l'INstitut des Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (INSIS) du CNRS PEPS

« Mécanique du futur » 2021-2022.

La thèse d'E. Meziani est financée par le Labex CeLyA de l'Université de Lyon.

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

## Quantification de l'écoulement 3D autour de la bulle et des contraintes de cisaillement induites

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>FIGURE 3 – Champ de vitesse 3D.</figcaption></figure>

* Mise en place d'un banc d'excitation de bulles millimétriques

* Adaptation d'un diagnostic de vélocimétrie par suivi tridimensionnel et temporel de particules

⇒ **avancée importante** dans l'étude du *microstreaming* et de son implication dans le processus de sonoporation

⇒ mise en évidence de la présence de zones de recirculation proches de la bulle et des vitesses pouvant localement atteindre quelques cm · s⁻¹ (Figure 3)

* Mesure de contraintes pariétales par film chaud à proximité de la bulle oscillante (Figure 4)

⇒ **Gamme de mesures compatibles** avec les contraintes attendues dans le cadre de la **sonoporation** (comprises entre 0.1 et 30 Pa)

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>FIGURE 4 – Mesure de contraintes pariétales.</figcaption></figure>

## Conclusions et perspectives

* **Modélisation** théorique [3, 4] et extension à cas biologiques en cours

* **Développement** d'une plateforme microfluidique de caractérisation sans contact et ultra-rapide d'élasticité de lignées cellulaires

* **Capitalisation** de la dynamique de collaboration CNRS/INSERM

* **Poursuite** des travaux dans le cadre d'une ANR-DFG

[1] P. Grasland-Mongrain et al., PNAS, 115 (5) 861-866, 2018. DOI: 10.1073/pnas.171339511

[2] G. Laloy-Borgna et al., Applied Physics Letters, 118: 11370, 2021. DOI: 10.1063/5.0039816

[3] G. Regnault et al., Journal of the Acoustical Society of America, 150: 1188-97, 2021. DOI: 10.1121/10.0005821

[4] A. A. Doinikov et al., Journal of Fluid Mechanics, 913: A19, 2022. DOI: 10.1017/jfm.2021.926