Microscopie électro-optique par effet Pockels pour la biologie cellulaire

par Paméla Didier

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Isabelle Ledoux-rak et de Clément Lafargue.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec LPQM - Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire (laboratoire) , Nano-photonique nonlinéaire et bio-photonique (equipe de recherche) et de Ecole normale supérieure Paris-Saclay (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-09-2017 .


  • Résumé

    Résumé en français : Les propriétés électromagnétiques de la membrane cellulaire présentent un intérêt scientifique important dans deux champs de recherche en pointe de la biologie cellulaire. D'une part en neurophysiologie, les potentiels d'action jouent un rôle central. D'autre part pour la vectorisation transmembranaire de médicaments, la perturbation de la membrane par des champs électriques est une option déjà fructueuse. Afin de mieux comprendre la physique de ces phénomènes, nous proposons ici de développer une méthode sans marqueur d'imagerie biologique quantitative, basée sur l'effet Pockels. Initialement développée pour caractériser des microcristaux ferroélectriques, la méthodologie PLEOM (Microscopie électro-optique par effet Pockels), fournit également des informations physiques d'ordre structurel et fonctionnel sur des systèmes moléculaires intracellulaires. Cette méthode, biocompatible et peu onéreuse, repose sur les propriétés optiques non-linéaires quadratiques résultant de l'organisation statistique d'un ensemble de molécules. Une étude expérimentale extensive de la réponse électro-optique de la membrane cellulaire, ainsi qu'une modélisation adaptée auront pour but de déterminer le rôle du potentiel membranaire dans la réponse électro-optique. Les équipes encadrant la thèse travaillent déjà ensemble sur des sujets liant biologie et physique. La retombée escomptée est une nouvelle modalité de mesure sans marqueur et sans contact du potentiel membranaire.

  • Titre traduit

    Pockels effect Electro Optic Microscopy for cell biology


  • Résumé

    Résumé en anglais : Electromagnetic properties of the cell membrane are of huge interest in the context of two important research fields in cell biology. On the one hand, in neurophysiology, action potentials play a central role. On the other hand, electroporation-based therapies are successfully based on the perturbation of the membrane stability induced by strong electric fields. In the aim of shedding light on the physical mechanism of these phenomena, we propose to develop a new quantitative label-free imaging method of cell membranes, based on their electro-optic (EO) properties (Pockels effect). Its feasibility was demonstrated experimentally at LPQM. An original setup called PLEOM (Pockels Linear EO Microscope), initially developed to characterize micron-size ferroelectric crystals, also provides quantitative physical information for biological materials, where molecular assemblies are statistically ordered in link with their biological function which provides them nonlinear optical properties. An extensive study of the EO response of cell membranes will be performed, assisted by adequate modeling, in order to sort-out the membrane potential role in the overall EO response, with the aim of developing a label-free membrane potential sensor. The co-supervisors of this PhD project are already working as a team with one common publication and three accepted projects.