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a transfection génique est l’internalisation de maté-
riaux génétiques au sein de la cellule vivante. Le déve-
loppement de vecteurs de transfection fiables et peu
invasifs constitue actuellement un enjeu majeur pour le
développement de la thérapie génique. Les ultrasons
sont proposés à ce titre depuis une vingtaine d’années
[1] et ont fait l’objet de nombreuses études en transfec-
tion [2-3]. Bien que les mécanismes exacts de sonopo-
ration restent mal connus, le phénomène de cavitation
ultrasonore, qui comprend l’oscillation et éventuellement
l’implosion de bulles sous l’effet du champ acoustique,
apparaît jouer un rôle majeur dans ce phénomène. En
effet, s’il est vrai que les ultrasons, même à faible niveau,
peuvent modifier le comportement cellulaire (par exemple
l’accélération ultrasonore de la reconstruction osseuse
[4]), l’effet direct des ultrasons sur la perméabilité cyto-
plasmique ne semble pas prépondérant. La transfection
apparaît pour des intensités acoustiques conséquen-
tes (supérieures à quelques centaines de mW/cm²) et
suffisantes pour créer de la cavitation. D’une part, l’os-
cillation de microbulles au voisinage des cellules et les
micro-courants qui en découlent pourraient générer des
contraintes significatives sur les parois cellulaires et
modifier leur perméabilité. D’autre part, l’implosion de
ces bulles (correspondant au phénomène de cavitation
inertielle) sous l’effet de fluctuations acoustiques inten-
ses se caractérise par des concentrations très intenses
et très localisées d’énergie, qui sont notamment à l’ori -
gine de micro-jets très violents, susceptibles de trouer
n’importe quelle paroi cytoplasmique, voire de section-
ner ou déchiqueter totalement des cellules.
La cavitation ultrasonore est donc susceptible de modifier
la porosité cellulaire et de détruire les cellules. Cet effet
de destruction est d’ailleurs plus ou moins mis à contri -
bution en appui à l’effet thermique, pour la nécrose des
tissus dans le traitement des tumeurs cancéreuses par
ultrasons de forte intensité [5]. Dans ce domaine théra-
peutique, il est également l’objet de recherches spécifi-
ques concernant des applications qui combineraient les
Générateur de cavitation reproductible :
exemples d’application biologique in vitro
Jean-Louis Mestas, Jhony El-Maalouf, Claude
Inserra, Bruno Gilles, Jean-Christophe Bera
INSERM U556
Université de Lyon
69003 Lyon
E-mail : jean- louis.mestas@inserm.fr
Lina Reslan, Charles Dumontet
INSERM U590
Centre Léon Bérard
Université Lyon 1
69008 Lyon
E-mail : lina.reslan@inserm.fr
Résumé
La cavitation ultrasonore peut conduire à différents types d’effets biologiques en
fonction de son intensité. Ces effets, très destructeurs, présents en lithotritie, en
hyperthermie par HIFU ou en histotritie, peuvent aussi réaliser, pour des intensités
moindres, des pores cellulaires de taille suffisante pour permettre l’entrée de
particules, de matériels génétiques ou de produits chimiques. Dans ces dernières
applications, la cavitation n’apparaît pas systématiquement et les expérimentations
nécessitent souvent des adjuvants comme les produits de contraste utilisés
comme germes de cavitation. Nous avons développé un générateur continu de
cavitation, travaillant dans la plage d’intensité acoustique de 0,2 à 3,5 W/cm
2
,
et régulé (cadencement : 5 ms) sur un indice de cavitation (CI) établi à partir du
signal acoustique émis par la cavitation. Ce dispositif, grâce à la reproductibilité du
processus de cavitation générée, a permis de caractériser en sonodynamothérapie
les effets potentialisateurs d’un photosensibilisant (Photofrin
©
) et de transfecter des
cellules non-adhérentes (RL du lymphome folliculaire ou LLC de Leucémie Lymphoïde
Chronique) très difficiles à transfecter par ailleurs (électroporation, lipofection).
Le Photofrin
©
, additionné au milieu de culture (incubation de 30 min), potentialise
l’effet cytotoxique induit par la cavitation, de sa phase stable à transitoire, avec
une liaison très forte avec le CI (r
2
>0,95). Nos travaux ont montré une plus grande
sensibilité, induite par le Photofrin©, des membranes cellulaires aux contraintes
mécaniques. Dans l’étude du dysfonctionnement des mécanismes régulateurs de
l’apoptose des LLC par le ciblage des gènes responsables de la chimiorésistance, la
transfection de siARNs correspondants a pu être réalisée. Les taux de transfection
sont reproductibles, de 10% pour le plasmide pEGFP à près de 30% pour un siARN
(BCL2L1), avec une mortalité résiduelle réduite à 20%. Ce dispositif a aussi permis
d’élaborer un modèle de tumeur fluorescent, par une transfection «stable» de
plasmides, pour des études de tumorogénèse.
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