Modélisation et simulation de l'atmosphère d'une enceinte membranaire pour des tests de toxicité

Modeling and simulation of the atmosphere of a membrane enclosure for toxicity tests

• Auteur / Autrice : Alina Stoian
• Direction : José G. Sanchez Marcano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 02/04/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Faur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José G. Sanchez Marcano, Catherine Faur, Michel Fick, Tanase G. Dobre, Stéphanie Bocquet, Isabelle Souchon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Fick, Tanase G. Dobre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tests de toxicité in vitro

Respiration cellulaire

Hybridomes

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Dispositif pour tests in vitro

Cov

Modélisation théorique

Respiration cellulaire

Cellules hybridomes (ATCC CRL-1606)

In vitro tests device

Voc

Theoretical modeling

Cells breathing

Hybridoma cells (ATCC CRL-1606)

Résumé

Un problème fondamental pendant l'évaluation in vitro de la toxicité de composés organiques volatils (COVs) est le manque de connaissance de l'évolution de la concentration des COVs à laquelle les systèmes vivants sont exposés au cours des études expérimentales. Ce travail présente un nouveau dispositif expérimental conçu pour étudier l'exposition des systèmes vivants aux COVs. Le dispositif est formé de deux compartiments séparés par une membrane hydrophobe poreuse et permet des durées relativement longues de manipulations sans restreindre la respiration cellulaire. Une modélisation théorique qui couple la conservation de masse et du moment entre les différentes phases et la respiration des cellules hybridomes (ATCC CRL-1606) au sein du dispositif a été développée. Le modèle permet de prédire l'évolution de la concentration des COVs, de l'oxygène et du dioxyde de carbone dans le dispositif. Les résultats simulés pour le transfert des COVs ont revélé une bonne concordance avec les résultats expérimentaux et ont montré que le type de membrane et son diamètre, le coefficient de partage des COVs et la hauteur de la phase liquide ont une influence significative sur l'évolution de la concentration de ceux-ci dans la phase liquide. Néanmoins la disponibilité de l'oxygène au niveau des cellules dépend principalement de la densité cellulaire initiale, de la vitesse spécifique de consommation de ce gaz et de la hauteur du liquide alors que les paramètres liés à la membrane ont une influence sur le contrôle du pH.

A major problem during in vitro evaluation of the toxicity of volatile organic compounds (VOC) is the lack of knowledge of the evolution of the concentration of such compounds during the course of experimental studies with living systems. This work presents the design of a novel experimental device for the study of cell culture exposure to VOCs. The device is made of two compartments separated by a porous hydrophobic membrane and allows relatively long durations of handling without restricting cellular breathing. A theoretical modeling which couples mass and moment conservation between the different phases inside the device with the breathing kinetics of hybridoma cells (ATCC CRL-1606) was developed. The model allows predicting the evolution of the concentration of the VOCs, the oxygen and the carbon dioxide inside the device. The simulations of the mass transfer of the VOCs simulated presented a good agreement with experiments and showed that the type of membrane and its diameter, the VOCs partition coefficient and the height of the liquid phase have a significant influence on the evolution of their concentration in the liquid phase. Nevertheless, the availability of oxygen for the cells depends mainly on the initial cellular density, the specific kinetics of consumption of this gas and on the height of the liquid phase, whereas the parameters related to membrane have an influence on the control of the pH.