Interaction lumière neurone : de la photobiomodulation au chauffage optique

Light neuron interaction : from photobiomodulation to optical heating

• Auteur / Autrice : Ljiljana Durdevic
• Direction : Guillaume Baffou, Serge Monneret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Biophysique
• Date : Soutenance le 09/09/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : REGEnLIFE (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Perrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maxime Cazorla, Carole Crozet, Guillaume Blivet, Aroa Relano Gines
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Lydia Danglot, Cédric Allier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biophotonique

Photothérapie de faible intensité

Système nerveux -- Régénération (biologie)

Maladies neurodégénératives

Imagerie quadridimensionnelle en biologie

Interférométrie

Chauffage par rayonnement infrarouge

Régénération (biologie)

Photonique

Biophysique

Mots clés libres

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Résumé

Le point de départ des travaux de thèse, menés à l’institut Fresnel (Marseille, France), fût l’étude de l’interaction entre neurones en culture et lumière proche infrarouge dans le contexte d’expériences de photobiomodulation, en collaboration avec l’entreprise REGEnLIFE. La photobiomodulation est un traitement thérapeutique qui consiste à illuminer des tissus, ou plus généralement des organismes vivants, dans le domaine de l’infrarouge afin d’en améliorer l’état. Le mécanisme sous-jacent de la photobiomodulation reste mal connu. Le but initial de cette thèse était d’en connaître davantage en menant des expériences de photobiomodulation à l’échelle de cellules neurales en culture, en utilisant une technique de caractérisation optique originale et sans marquage : l’interférométrie à décalage quadrilatéral (QLSI). Les premiers efforts ont visé à reproduire les expériences de photobiomodulation de la littérature portant sur des cellules neurales en culture, et observés par imagerie de fluorescence. Il a été mis en place une méthode expérimentale basée sur la QLSI capable de contrôler des profils de température aux petites échelles. Des essais préliminaires ont été menés sur cellules neurales en culture, ouvrant la voie à des études d’interaction neurones / gradients de température aux petites échelles. Finalement, une autre méthodologie a été mise en place durant la dernière partie de la thèse, également basée sur la QLSI. Des comportements singuliers jamais observés ont été mis en évidence, comme des oscillations quasi-périodiques de la masse sèche de certaines neurites. Cette étude ouvre la voie à l’étude quantitative et sans marquage de la dynamique de neurones en culture

The starting point of the thesis work, carried out at the institut Fresnel (Marseille,France), was the study of the interaction between neurons in culture and near infrared light in the context of photobiomodulation experiments, in collaboration with the REGEnLIFE company. Photobiomodulation is a therapeutic treatment that consists in illuminating tissues, or more generally living organisms, in the infrared domain in order to improve their state. The underlying mechanism of photobiomodulation remains poorly understood. The initial goal of this thesis was to learn more by conducting photobiomodulation experiments at the scale of cultured neural cells, using an original and label-free optical characterization technique: quadrilateral lateral-shearing interferometry (QLSI). The first efforts were aimed at reproducing the photobiomodulation experiments in the literature on neural cells in culture, and observed by fluorescence microscopy. Next, an experimental method based on QLSI capable of controlling temperature profiles at small scaleshas been set up. Preliminary tests have been carried out on cultured neuronal cells,paving the way for small-scale neural / temperature gradient interaction studies. Finally, another methodology was implemented during the last part of the thesis, alsobased on QLSI. Singularities never before observed have been brought to light, such asquasi-periodic oscillations of the dry mass of certain neurites. This study paves the way for the quantitative and label-free study of the dynamics of neurons in culture