Rheology and magnetolysis of tumor cells

par Biran Wang

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Georges Bossis.

Soutenue en 2012

à Nice .

  • Titre traduit

    Rhéologie et magnétolyse des cellules tumorales


  • Résumé

    Les nanoparticules magnétiques peuvent être utilisées pour détruire des cellules cancéreuses. La connaissance des propriétés rhéologiques de ces cellules permet de modéliser le mouvement des particules sur la surface des membranes et de mieux comprendre les mécanismes en jeu. Une première approche fut d’utiliser des microsondes magnétiques pour déterminer les propriétés viscoélastiques du milieu cellulaire. Puis une technique plus directe à l’aide d’un AFM a été utilisée. Nous avons à cet effet développé une méthode générale d’analyse du mouvement de la pointe AFM pour les étapes d’indentation et de relaxation, ce qi permet une détermination plus précise des paramètres rhéologiques de cellules et en particulier de la lignée Hep-G2. La modélisation du comportement viscoélastique des cellules a ensuite permis de calculer l’indentation de ces cellules par des particules magnétiques soumises à un gradient de camp magnétique. Des nanoparticules de fer en forme de fuseau, recouvertes d’or, ainsi que des nanofibres de cobalt ont été synthétisées au laboratoire. Nous avons montré que l’application d’un champ magnétique de basse fréquence (quelques Hz) sur ces nanoparticules de fer pouvait « in vitro » détruire des cellules cancéreuses mais que, par contre, un champ constant n’avait pratiquement aucun effet. En s’appuyant sur la modélisation de l’indentation, on montre que seule la formation de clusters de particules peut expliquer ces résultats. A côté de la magnétolyse par voie mécanique, nous avons montré qu’il était aussi possible d’utiliser l’importante hystérisis magnétique des nanoparticules de cobalt pour le traitement par hyperthermie de cellules cancéreuses à des fréquences aussi basses que 10 kHz.


  • Résumé

    Magnetic nanoparticles can be used to destroy cancer cells. The knowledge of the rheological properties of the cancer cells allows to model the emotion of the particles at the surface of the membrane and to get a better understanding of the mechanisms. A first approach was to use magnetic microprobes to determine the viscoelastic properties of a gel that represent the tumor cells. Then a more convenient AFM method has been employed. We have carried out a more general analysis of the AFM tip motion with contains both the indentation and relaxation steps, allowing a better determination of the rheological parameters, in particular of cancer cell called Hep-G2. The knowledge of the visco-elastic behavior of these cells allowed us to predict their indentation by magnetic particles submitted to an alternative field’s gradient. The synthesis of some of these particles such as spindle-type iron and gold core-shell nanoparticles, and cobalt nanoneedles were carried out in our laboratory. We proved that the application of an alternative magnetic field of low frequency (a few Hertz) in the presence of magnetic microparticles was able “in vitro” to destroy cancer cells, and a constant magnetic field was far less efficient than an oscillating one. Based on the indentation model, we proposed that the magnetic field induces the formation of clusters of particles which are then large enough to damage the membranes of the cells. Besides magnetolysis by mechanical way we have also shown that cobalt nanoneedles presented an important hysteresis cycle which can be used for hyperthermia treatment of cancer cells at frequencies as low as 10 kHz.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xiii-160 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 153-160. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 12NICE4074
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