Transistors Electrochimiques Organiques (OECTs) : nouveaux capteurs pour l’analyse de l’activité électrique des micro-organes pancréatiques

Abstract

Les îlots pancréatiques sont des micro-organes multicellulaires impliqués dans l’homéostasie du glucose. Leur activité sécrétoire et leurs interactions sont modulées par des facteurs autocrine et paracrine potentialisant ou non le stockage ou la production de l’énergie pour maintenir une homéostasie glucidique. La cellule β est un capteur naturel du glucose qui intègre les signaux transmis par les autres nutriments et les hormones. L’activation des canaux ioniques présents à la surface de la membrane plasmique conduit à des flux ioniques responsables de l’activité électrique de la cellule β.La première étude de ma thèse concerne la régulation fine des îlots impliquant le neuromédiateur glutamate. L’objectif était d’étudier le rôle du récepteur au glutamate GluK2 présent dans les cellules α pancréatiques, dans l’homéostasie glucidique et dans la régulation de la sécrétion des îlots. La technique d’enregistrements extracellulaires sur matrices de microélectrodes (MEAs) a permis entre autres d’étudier l’activité électrique des îlots de souris transgéniques pour GluK2, de différents âges, de manière non-invasive sur le long-terme.Dans un second temps, j’ai consacré la majeure partie de ma thèse au développement de nouveaux biocapteurs, les transistors électrochimiques organiques (OECTs). Ces OECTs sont basés sur l’électronique organique améliorant davantage les enregistrements extracellulaires comme déjà montré avec les neurones et les cellules musculaires striées. Leur polymère semi-conducteur leur confère une conductivité électronique/ionique mixte permettant des enregistrements électriques plus riches et une amplification des signaux locaux avec un excellent rapport signal/bruit. Les OECTs sont accessibles aux modifications chimiques ; rendre le polymère spécifique à des ions inhérents à la fonction des cellules pancréatiques (K+, Na+, Ca2+, Zn2+) améliorerait davantage le pouvoir analytique. Le challenge fut de développer cette approche OECTs pour la première fois pour les îlots, en étudiant leur stabilité à long-terme, en contact de substrats biologiques, et en mettant en place des cartes électroniques pour le suivi de l’activité électrique.La première étude a montré que les souris mutées déficientes pour GluK2 présentaient une diminution de la sécrétion de glucagon et de l’insuline in-vivo et in-vitro, conduisant à une meilleure tolérance au glucose et une meilleure sensibilité à l’insuline, à l’âge adulte et lors du vieillissement. La suppression de ce récepteur améliore l’homéostasie glucidique et la préserve du vieillissement, suggérant que l’inactivation ou le blocage de GluK2 pourrait être bénéfique pour l’homéostasie glucidique et pourrait la préserver lors du vieillissement.La mise en place de la technologie OECTs a permis d’établir des paramètres électriques non-invasifs pour leur performance en termes d’amplification ce qui est primordial pour nos études biologiques quantitatives long-terme. La carte électronique développée est réglable par OECT permettant d’ajuster les paramètres électriques en fonction de leur niveau de performance. Nous l’avons validée grâce aux cellules cardiaques, déjà testées dans la littérature et montrant des signaux électriques de grande amplitude. Les cellules cardiaques ont permis de déterminer les conditions électriques non invasives pour lesquelles la détection des signaux est possible avec les meilleurs rapports signal/bruit. Nous avons ensuite enregistré l’activité électrique des îlots sur OECTs en mesurant les potentiels lents (PLs), signaux de couplages multicellulaires, et les potentiels d’action (PAs), signaux rapides unicellulaires. Ainsi, nous avons réalisé avec les OECTs des études quantitatives sur cellules cardiaques et îlots pour montrer la preuve du concept. À l’avenir, ces OECTs ouvrent la possibilité d'utiliser des polymères ions-spécifiques pour suivre l’activité de canaux ioniques précis lors d’expériences mimant la physiologie ou des conditions physiopathologiques.