Rheology and photonics of complex biological systems

par Marie-Belle Saab Estephan

Thèse de doctorat en Milieux denses et matériaux

Sous la direction de Csilla Gergely.

Soutenue le 23-06-2010

à Montpellier 2, dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes, en partenariat avec GES - Groupe d'Etude des Semi conducteurs (laboratoire) .

Le jury était composé de Csilla Gergely, Frédéric Cuisinier, Christian Larroque, Irene Revenko.

Les rapporteurs étaient Yves Mely, André Pèlegrin.

  • Titre traduit

    Rhéologie et photonique des systèmes biologiques complexes


  • Résumé

    La rhéologie et la photonique de divers systèmes biologiques complexes allant des protéines jusqu'aux bactéries et cellules ont été étudiées dans cette thèse. Ces travaux se basent sur deux grands thèmes, où le premier traite la modification des surfaces solides avec des molécules biologiques tandis que le second se concentre sur l'étude des effets des différentes drogues sur des cellules malignes, et non malignes par des techniques microscopiques complémentaires. Dans ce travail, des matrices orientées de films de polyélectrolytes/membrane pourpre ont été produites et étudiées en fonction de différentes conditions physico-chimiques. Des peptides spécifiques présentant de propriétés de reconnaissance de surface pour le ZnSe et le Si ont été isolées par la technologie de Phage Display. Le peptide de Si a été utilisé dans la détection des molécules avec une microcavité de silicium poreux, et ceci a montré un meilleur seuil de détection comparé à celui des autres méthodes classiques de fonctionnalisation. Le peptide spécifique de ZnSe a été utilisé afin de démontrer son utilité pour la préservation de l'activité et structure secondaire native des biomolécules adsorbées. Concernant les cellules, une différence de réponse, entre deux types de cellules épithéliales mammaires malignes MCF-7 et non-malignes HMEC184A1, sous traitement avec la curcumine, a été démontrée sur les cellules vivantes et fixées. Après, une évaluation des forces d'interaction entre un agent clinique anticancéreux cetuximab (CET) et EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) sur la surface des cellules de carcinome épithéliales A431 a été réalisé via la microscopie à force atomique en mode force. Une différence sur l'élasticité des cellules et sur les forces de liaison EGFR-CET a été notée quand le CET a été combiné avec d'autres drogues thérapeutiques. Les résultats de nos études d'imagerie fonctionnelle pourraient ouvrir de nouvelles voies dans la recherche de traitements contre le cancer.


  • Résumé

    The rheology and photonics of various complex biological systems ranging from proteins to bacteria and cells have been studied in this thesis. The work is organized around two major themes where the first one deals with surface modifications for adsorption of biological molecules while the second one focuses on comparative studies of non-malignant and cancerous cells under the effect of various drugs, using complementary microscopic techniques. In this work, oriented polyelectrolyte/purple membrane matrices have been produced and studied under different physico-chemical conditions. Peptides with surface recognition properties for the ZnSe and Si semiconductors have been isolated by Phage Display technology. The Si specific peptide has been used in detection of molecules with a porous silicon microcavity, providing a considerably enhanced detection resolution compared to traditional functionalization methods. The specific peptide of ZnSe has been used to demonstrate its utility in preservation of activity and native secondary structure of biomolecules in their adsorbed form. In the second part of my work concerning the cells, a different response (in morphology and elasticity) under treatment with curcumin, for two types of malignant MCF-7 and non-malignant HMEC184A1 mammary epithelial cells was demonstrated on living and fixed cells. Then, an evaluation of binding interactions between a clinical anticancer agent Cetuximab (CET) and the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) on the surface of epithelial carcinoma A431 cells was performed via force mode atomic force microscopy. A difference was noted on the elasticity of cells and also on the EGFR-CET binding forces when CET was combined with other therapeutic drugs. The results of our functional imaging studies might open new avenues in the research for treatments against cancer.

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