Dorothee
DEBAVELAERE-CALLENS

Mes recherches  sont d’ordre pluridisciplinaire  et s’articulent essentiellement autour de 4 axes :

1. 1. Caractérisation non destructives de milieux osseux par ondes ultrasonores

   2. Caractérisation de l’adhérence cellulaire d’ostéoblastes par détachement ultrasonore basse fréquence (200 kHz).

   3. Caractérisation de cellules biologiques en Laboratoire sur puce (Bio MEMS)

   4. Quantification de l’adhésion de dépôts laitiers et caractérisation de la prolifération bactérienne dans l’industrie agroalimentaire

Je me suis également intéressée au problème d’adaptation avant de transducteurs ultrasonores utilisés en milieux biologiques.

·L’axe (I)  concerne le développement de méthodes de caractérisation ultrasonore des tissus osseux par réflexion (cultures cellulaires) ou transmission (os longs).

Une première méthode de caractérisation de cultures de cellules souches hématopoïétiques devait être compatible avec la stérilité nécessaire aux cultures et permettre un suivi quantitatif du développement de cellules et notamment de leur différentiation. Collaboration avec le service de Chirurgie Orthopédique de l’Hôpital Henri Mondor de Créteil ainsi qu’avec le Centre de Transfusion Sanguine du Val de Marne.

La deuxième méthode devait être capable de générer un type d’ondes sensibles aux variations de propriétés mécaniques de l’os long.

Proposition de deux méthodes de caractérisation non destructives très spécifiques aux applications avec le développement de capteurs associés (capteurs à pointes pour l’étude de l’os long).

La première étude a également permis

vd’appréhender la sensibilité des ondes ultrasonores transversales aux propriétés d’adhésion d’un tissu cellulaire sur un substrat. Ce dernier point m’a permis d’initier un nouvel axe de recherche dans l’équipe.

vde proposer une nouvelle méthode d’adaptation mécanique de transducteurs ultrasonores utilisés pour l’étude de milieux biologiques faite d’un bicouche colle/ verre.

·L’axe (II) concerne la caractérisation de l’adhérence cellulaire sur biomatériaux :

L’intégration des biomatériaux étant fortement dépendante de l’adhérence de cellules sur ces matériaux, nous nous sommes intéressés à l’étude de l’adhérence cellulaire par ultrasons. Nous détachons les cellules par l’application d’une contrainte ultrasonore à l’interface cellules-substrat de culture. Grâce à la corrélation entre la contrainte appliquée et le taux de cellules détachées, nous obtenons une force d’adhérence de cellules osseuses en fonction de la fonctionnalisation chimique ou biologique du substrat de culture. Des mesures de viabilité cellulaire ont également été réalisées post détachement. Nous avons collaboré plus particulièrement avec le Groupe de Recherche sur les Biomatériaux, UPRES EA 1049, Lille 2.

            Nous avons développé une méthode de quantification non destructive de l’adhésion cellulaire. En effet, les cellules gardent une viabilité lors de leur remise en culture, cependant la mesure de la force d’adhésion est relative, elle permet de comparer des fonctionnalisations de surface ou des matériaux (mesures faites sur verre ou hydroxyapatite). La mesure de force n’est pas absolue.

§Dans le troisième axe de recherche (axe ( III)) initié plus récemment avec B. Nongaillard, P. Campistron et J. Carlier , nous tirons parti des possibilités qu’offre la plateforme technologique du LCI-IEMN (Lille 1) pour concevoir des fonctions  (détection, mesure d’adhérence, mesure d’élasticité à l’échelle de la cellule, micro-mélangeur…) en associant les couches piézo-électriques haute fréquence ( 1 à 2 GHz) et la microfluidique.

  Les travaux se sont portés essentiellement sur la conception  d’un Lab-On-Chip dédié à la caractérisation acoustique de cellules biologiques et en particulier sur le développement technologique de l’intégration hétérogène transducteur acoustique / microfluidique mais aussi la caractérisation acoustique des matériaux utilisés. Nous avons ainsi pu, dans ce cadre, mettre en place la fabrication de transducteurs acoustiques haute fréquence (1 GHz) intégrable en Lab-On-Chip ainsi que des couches d’adaptation mécanique nécessaires à la transmission de l’onde acoustique du transducteur vers le milieu sous investigation. Nous avons travaillé sur la réalisation de couches d’adaptation et la focalisation des ondes acoustiques grâce à la gravure de miroirs sur silicium.

APPORT :

Conception  d’un  Lab-On-Chip (1GHz)  dédié à la caractérisation acoustique de cellules biologiques.

Détections de particules de latex (30 µm), mesure d’atténuations de solutions témoins.

Des mesures de dilutions de solutions sanguines ont montré des résultats comparables à ceux obtenus en macrovolume.

Le concept de ce dispositif a fait l’objet d’un brevet déposé par le CNRS avec extension à l’International et USA.

·L’axe (IV) concerne l’étude de l’adhésion de dépôts laitiers (solutions de calcium) par la mesure de la réflexion d’ondes transversales 30 MHz (à l’interface dépôt/ substrat). L’étude est réalisée dans le cadre d’un projet ARciR en collaboration étroite avec l’INRA.

Dans un premier temps nous avons étudié l’adhésion sur verre et inox d’un fluide de type glucose de viscosité variable en fonction de la force d’arrachement.

Dans un deuxième temps, nous avons mis au point des dépôts alimentaires laitiers aux propriétés d’adhésion / cohésion et structures maîtrisées.

APPORT :

Nous avons développé un protocole de mesure extrêmement précis (température, couplage au glucose, positionnement au µm). Dans ces conditions, nous avons pu extraire des mesures de réflexion un paramètre corrélé à  la viscosité et à la force d’arrachement du fluide, indépendant du substrat.

Les mesures sur dépôts laitiers de référence sont en cours et sont encourageantes.