{"id":9439,"date":"2021-09-29T15:15:59","date_gmt":"2021-09-29T13:15:59","guid":{"rendered":"http:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/?page_id=9439"},"modified":"2022-03-15T16:55:00","modified_gmt":"2022-03-15T15:55:00","slug":"projet-microparticules-biomimetiques","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/projet-microparticules-biomimetiques\/","title":{"rendered":"Projet: Microparticules Biomim\u00e9tiques"},"content":{"rendered":"
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Contact: N. Candoni<\/a><\/p>\n

Suite \u00e0 notre expertise en microfluidique et en cristallisation, nous menons des projets visant la g\u00e9n\u00e9ration et la caract\u00e9risation de microparticules biomim\u00e9tiques. La m\u00e9thode consiste \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer des gouttes dans un canal microfluidique (diam\u00e8tre de 100 \u00e0 500\u00b5m) et de les contracter tout le long de l\u2019\u00e9coulement. Cela confine le solut\u00e9 (polym\u00e8re et\/ou mol\u00e9cules \u00e0 cristalliser) que les gouttes contiennent, initiant des r\u00e9actions de g\u00e9lification et\/ou de cristallisation. Dans ces \u00e9tudes, nous partons de la loi d\u2019\u00e9chelle reliant la taille des microgouttes au cisaillement tangentiel que nous avons \u00e9tablie dans la th\u00e8se de Shuheng Zhang (Chemical Engineering Science<\/em> 138:128-139 (2015)<\/a>). Ainsi, nous contr\u00f4lons la g\u00e9n\u00e9ration des gouttes, en termes de taille et de fr\u00e9quence et nous explorons les conditions exp\u00e9rimentales du confinement dans plusieurs projets\u00a0:<\/p>\n

- La production de microparticules d\u2019alginate mimes de globules rouges :<\/strong><\/p>\n

Les globules rouges s'agr\u00e8gent et se d\u00e9sagr\u00e8gent dans le sang notamment selon la valeur du cisaillement \u00e0 laquelle ils sont soumis. Or des pathologies (thrombose, diab\u00e8te, ath\u00e9roscl\u00e9rose, ...) sont associ\u00e9es \u00e0 l\u2019hyper-agr\u00e9gation des globules rouges. Afin de valider un outil ultrasonore de mesure quantitative de l'agr\u00e9gation in situ et in vivo pour le diagnostic, il est n\u00e9cessaire de disposer de mimes de globules rouges calibr\u00e9s et reproductibles. En microfluidique, notre objectif est de fabriquer des microparticules reproductibles contr\u00f4l\u00e9es en taille et en propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques. Pour cela, nous avons proc\u00e9d\u00e9 par g\u00e9lification ionique d\u2019un polym\u00e8re naturel, l\u2019alginate de sodium (Na\u2011alginate), avec du chlorure de calcium pour former un gel d\u2019alginate de calcium (Ca\u2011alginate).<\/p>\n

Nous avons d\u2019abord g\u00e9n\u00e9r\u00e9 des gouttes de Na\u2011alginate de 150\u00b5m de diam\u00e8tre dans un \u00e9coulement microfluidique, sans ajout de tensioactif. Comme la contraction de ces gouttes est n\u00e9cessaire pour atteindre la taille des globules rouges (10\u00b5m), nous avons proc\u00e9d\u00e9 par diffusion de l\u2019eau des gouttes dans la phase continue de l\u2019\u00e9coulement microfluidique. Puis nous avons utilis\u00e9 diff\u00e9rentes m\u00e9thodes de g\u00e9lification des microparticules de Na-alginate\u00a0: in situ<\/em> dans le syst\u00e8me microfluidique ou ex situ<\/em> apr\u00e8s la collecte des microparticules de Na-alginate. La taille, la forme, la structure et la teneur en alginate des microparticules de Na- et Ca-alginate form\u00e9es ont \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9es en fonction des param\u00e8tres op\u00e9ratoires du montage microfluidique. Les microparticules d\u00e9formables obtenues sont caract\u00e9ris\u00e9es en terme de propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques par Microscopie \u00e0 Force Atomique (AFM) et par manipulation avec des micro-pinces, et en terme de structures par Microscopie Electronique \u00e0 Balayage (MEB). (Zhang, C.et al., Chem. Eng. Sci. 211<\/strong>, 115322 (2020)<\/a>)<\/em>.<\/p>\n

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Elaboration par microfluidique, observation et manipulation de particules d\u00e9formables d'alginate. Zhang, C.et al., A microfluidic method generating monodispersed microparticles with controllable sizes and mechanical properties. Chem. Eng. Sci. 2020, 211, 115322.<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Ces travaux ont abouti \u00e0 une m\u00e9thode microfluidique pour contr\u00f4ler la taille et les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques des microparticules de Ca-alginate tout en \u00e9vitant leur coalescence, malgr\u00e9 l\u2019absence de tensioactifs. Ainsi, nous avons obtenu des microparticules de Ca-alginate monodisperses pr\u00e9sentant un module de Young proche des globules rouges et la faisabilit\u00e9 de leur utilisation pour des mesures ultrasonores a \u00e9t\u00e9 \u00e9galement montr\u00e9e. Par ailleurs, nous avons explor\u00e9 des m\u00e9thodes alternatives en parall\u00e8le, que nous avons compar\u00e9es \u00e0 la litt\u00e9rature. (Zhang, C. et al. Biomater Res 25, <\/strong>41 (2021)<\/a>)<\/em>.<\/p>\n

Ce projet fait l\u2019objet d\u2019une collaboration avec l\u2019Institut de Recherche des Ph\u00e9nom\u00e8nes Hors Equilibre (IRPHE) et le Laboratoire de M\u00e9canique et Acoustique (LMA) dans le cadre de l\u2019ANR <\/strong>\u00ab\u00a0Cellular Ultrasonic imaging Modality to assess red Blood cell Aggregation in vivo\u00a0\u00bb (ANR CUMBA).<\/strong><\/p>\n

Non-permanents impliqu\u00e9s dans le projet\u00a0:<\/strong><\/p>\n

2016-2020 Cheng Zhang, Th\u00e8se de Doctorat \u00ab\u00a0D\u00e9veloppement d'une m\u00e9thode microfluidique pour la pr\u00e9paration de Microparticules mimes de globules rouges avec une taille et des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques contr\u00f4lables\u00a0\u00bb<\/p>\n

2018 Romain Buisson, M2 Bio-ing\u00e9nierie des Tissus et des Implants\u2013 Aix-Marseille Universit\u00e9<\/p>\n

2018 Hajar Blladi, Mobilit\u00e9 d\u2019\u00e9tudes en 5\u00e8me<\/sup> ann\u00e9e G\u00e9nie Biom\u00e9dical - Polytech Marseille<\/p>\n

2016 Paulin Ngounstop, Ecole des Mines d\u2019Albi<\/p>\n

2015 Guillem Peybernes, M2 Bio-ing\u00e9nierie des Tissus et des Implants\u2013Aix-Marseille Universit\u00e9<\/p>\n

- L\u2019encapsulation de microcristaux\u00a0<\/strong>:<\/p>\n

Actuellement, nous combinons le savoir-faire acquis sur la contraction des gouttes dans un \u00e9coulement microfluidique et notre expertise en cristallisation en solution pour les mettre \u00e0 profit dans l\u2019encapsulation de cristaux de mol\u00e9cules d\u2019int\u00e9r\u00eat. <\/strong>L\u2019objectif est de g\u00e9n\u00e9rer des microcapsules de cristaux afin d\u2019en faciliter la manipulation et\/ou le ciblage, pour la th\u00e9rapie localis\u00e9e ou le diagnostic par imagerie.<\/p>\n

La premi\u00e8re \u00e9tape consiste \u00e0 contr\u00f4ler la contraction de gouttes de solution de mol\u00e9cules d\u2019int\u00e9r\u00eat et d\u2019estimer leur sursaturation dans les gouttes apr\u00e8s contraction. Des simulations sur COMSOL pourront conforter notre approche. La connaissance de la sursaturation nous permet de nous situer dans le diagramme de phase de la mol\u00e9cule d\u2019int\u00e9r\u00eat pour provoquer la nucl\u00e9ation des cristaux. Dans une deuxi\u00e8me \u00e9tape, nous proc\u00e8derons \u00e0 la g\u00e9lification de la goutte contenant le cristal avant, pendant ou apr\u00e8s la nucl\u00e9ation des cristaux.<\/p>\n

Non-permanents impliqu\u00e9s dans le projet\u00a0:<\/strong><\/p>\n

2021-2022 Guillem Peybernes, Attach\u00e9 Temporaire d\u2019Enseignement et de Recherche - Polytech<\/p>\n

2020-2021 Karen Silva Vargas , Attach\u00e9 Temporaire d\u2019Enseignement et de Recherche \u2013 Polytech<\/p>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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