Integration of an in vitro blood brain barrier model with organic electrochemical transistors

par Manuelle Bongo

Thèse de doctorat en Microélectronique

Sous la direction de George Malliaras.

Soutenue le 29-09-2014

à Saint-Etienne, EMSE , dans le cadre de ED SIS 488 , en partenariat avec Département Bioélectronique (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Intégration d’un model in vitro de barrière hémato-encéphalique avec des transistors organiques électrochimiques.


  • Résumé

    Dans les systèmes biologiques, les barrières tissulaires permettent le transport sélectif de molécules du sang au tissu approprié. Un exemple de barrière tissulaire est la barrière hémato-encéphalique (BHE). La BHE protège le cerveau du sang et maintient l'homéostasie du microenvironnement du cerveau, ce qui est essentiel à l'activité et à la fonction neuronale. La caractérisation de cette BHE est importante, car un dysfonctionnement de cette barrière est souvent révélateur de toxicité ou de maladie. Bien que le nombre d'articles publiés dans le domaine du développement et de la caractérisation de la BHE ait été multiplié ces dernières années, la validité des modèles utilisés est encore un sujet de débat. L'avènement de l'électronique organique a créé une occasion unique pour coupler les mondes de l'électronique et de la biologie, à l'aide de dispositifs tels que le transistor électrochimique organique (OECT). OECT constitue un outil très sensible et économique pour diagnostiquer l’intégrité d’une barrière tissulaire. Dans cette étude, nous avons tout d’abord développé trois différents modèles de BHE. Nous avons optimisé l’adhésion des cellules endothéliales cérébrales sur la matière active du transistor. Nous avons ainsi pu établir l'intégration des OECTs avec des cellules immortalisées humaines micro vasculaires cérébrales endothéliales (h CMEC/D3) en tant que modèle in vitro de BHE. Nous avons démontré que la fonction de tissu de la BHE peut être détectée en utilisant cette nouvelle technique. En outre, par cette technique, une perturbation de la barrière (par exemple, provoquée par un composé toxique) pourra être détectée électriquement au moyen d'une mesure de courant.


  • Résumé

    In biological systems many tissue types have evolved a barrier function to selectively allow the transport of matter from the lumen to the tissue beneath; one example is the Blood Brain Barrier (BBB). The BBB protects the brain from the blood and maintains homeostasis of the brain microenvironment, which is crucial for neuronal activity and function. Characterization of the BBB is very important as its disruption or malfunction is often indicative of toxicity/disease. Though the number of published papers in the field of in vitro BBB has multiplied in recent years, the validity of the models used is still a subject of debate.The advent of organic electronics has created a unique opportunity to interface the worlds of electronics and biology, using devices such as the Organic ElectroChemical Transistor (OECT), which provide a very sensitive way to detect minute ionic currents in an electrolyte as the transistor amplifies the gate current.In this study, we test three different type of BBB in order to develop a stable BBB model. We optimize the adhesion of brain endothelial cell on OECT conducting polymer. We show the integration of OECTs with immortalized human cerebral microvascular endothelial cells as a model of human blood brain barrier, and demonstrate that the barrier tissue function can be detected. Moreover, by this technique, a disruption in the barrier (e.g. caused by a toxic compound) is assessed electrically through a measurement of the drain current. Results show the successful development and validation of an in vitro BBB model. Dynamic monitoring of the barrier properties of the BBB barrier tissue was possible using the OECT.


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