Contribution à la modélisation d’interface biologique par spectroscopie d’impédance : application au suivi de l’épithélium pigmenté de la rétine durant sa croissance et face à diverses perturbations

Modelling of biological interfaces using impedance spectroscopy : application to the monitoring of retinal pigment epithelium during growth and facing various perturbations

• Auteur / Autrice : Jocelyn Boutzen
• Direction : Gaëlle Lissorgues
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 10/09/2019
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes - Electronique- Systèmes de communication et Microsystèmes / ESYCOM
• Jury : Président / Présidente : Catherine Villard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Lissorgues, Olivier Romain, Marie-Pierre Rols, Jean Gamby, Olivier Français, Lionel Rousseau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Romain, Marie-Pierre Rols

Mots clés

Mots clés contrôlés

Partie pigmentaire de la rétine

Bioélectronique

Spectroscopie d'impédance

Mots clés libres

Spectroscopie d'impédance

Bio-Électronique

Epithelium pigmenté de la rétine

Impedance spectroscopy

Bio-Electronics

Retinal pigment epithelium

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude de l’interface entre électrodes et cellules épithéliales de la rétine : l’épithélium pigmenté. Les cellules RPE (Retinal Pigment Epithelium) qui le constitue forment une monocouche qui à confluence est constituée de cellules de forme polygonale. Elles sont juxtaposées et en contact intime les unes avec les autres par la présence de jonctions serrées. Un épithélium pigmenté endommagé est souvent associé à des pathologies de la vision. La spectroscopie d’impédance est une méthode de mesure qui permet d’étudier de manière non destructive un milieu composé d’éléments diélectriques et conducteurs. Cette mesure s’applique particulièrement bien aux cellules épithéliales. On applique ceci à l’étude du tapis cellulaires. Les membranes cellulaires remplissent le rôle de milieu diélectrique alors que les milieux ioniques intra et extracellulaires peuvent être considérés conducteurs. On peut en première approche analyser le module de l’impédance mesurée à une fréquence donnée afin de suivre le développement des tissus. Par exemple dans le domaine des implants à électrodes les fréquences autour de 1 KHz sont couramment citées. On peut par la suite mesurer l’impédance dans une gamme de fréquence plus importante et appliquer un modèle composé de dipôles électriques aux mesures. L’analyse des paramètres extraits peut donner une interprétation plus fine de l’état du tapis cellulaire. Deux notions seront principalement abordées dans cette thèse. Tout d’abord l’étude de l’utilisation de l’élément à constante de phase (CPE) dans la représentation du tapis cellulaire. Ensuite dans le cadre de ce modèle on va étudier le tapis cellulaire face à différentes perturbations

This manuscript focuses on studying the interface between an electrode and epithelial cells of the retina: the Retinal Pigment Epithelium (RPE). The cells that are part of this epithelium develops until they form a monolayer of juxtaposed cells with close lateral contact involving the presence of tight junctions. A damaged epithelium is often associated with sight alterations.Impedance spectroscopy is a measurement method that allows to study materials containing both conducting and dielectric elements in a non–destructive way. We apply this technique to the RPE cells layer. Cells membranes are the dielectric part while the intra and extracellular mediums are the conductive parts of this material. In a first stage one can measure the impedance at a fixed frequency as a way to follow tissues development. As an example, the 1 KHz frequency is often considered in characterizing electrodes from implanted devices. One can also measure the impedance over a wider bandwidth and apply an electric model circuit to the data. The extracted parameters can give a better interpretation of the state of the cell layer. In this work, two part will be mainly investigated. First we will evaluate the use of a constant phase element in part of the electrical model describing the cell layer. Second, and considering the same model, we will observe the reaction of the model when the cells are subject to various perturbations