Analyse de la cellule tumorale et de son interaction avec un agent anticancereux : approche biophotonique par microspectroscopies Raman et infrarouge

par Florence Draux

Thèse de doctorat en Pharmacie. Ingénierie de la santé. Biophysique

Sous la direction de Pierre Jeannesson et de Dhruvananda Ganesh Sockalingum .

Soutenue en 2009

à Reims .

mots clés

• Cellules
• Anticancéreux
• Analyse spectrale Raman
• Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier
• Synchrotrons

Résumé

Ce travail visait un double objectif ; la mise au point d’une approche biophotonique à l’échelle de la cellule isolée, et l’étude de l’interaction cellule/médicament dans un modèle cellulaire de cancer bronchique non-à-petites cellules. En microspectroscopie Raman, nous avons montré, à l’échelle de la cellule vivante isolée, qu’il est possible d’acquérir et de différencier des informations spectrales issues du noyau, du cytoplasme et des réseaux membranaires en se basant sur les différences de répartition et de structure des acides nucléiques, protéines et phospholipides. Nous avons également caractérisé l’impact sur l’information spectrale des macromolécules cellulaires de différents modes de préparation utilisés en routine en biologie cellulaire. Dans le domaine de la pharmacologie spectrale à l’échelle cellulaire, nous avons détecté l’effet de faibles doses d’un agent anticancéreux, la gemcitabine, sur les profils spectraux de populations cellulaires par spectroscopie infrarouge à haut débit. Les effets observés ont été confirmés au niveau unicellulaire par microspectroscopie infrarouge à source synchrotron, et sur cellules vivantes isolées par microspectroscopie Raman. Ces résultats montrent que les microspectroscopies infrarouge et Raman ont un fort potentiel dans le développement de nouvelles méthodes optiques pour la cytologie spectrale à haut débit. Ces méthodologies joueront un rôle important dans la compréhension de phénomènes biologiques au niveau cellulaire. L’action d’un médicament pourra être abordée par ces nouvelles voies biophotoniques, permettant ainsi d’évoluer d’un schéma de traitement "un pour tous" vers un modèle plus personnalisé.

Titre traduit

Probing tumor cell and its interaction with an anticancer agent: a biophotonic approach using Raman and infrared microspectroscopies

Résumé

The @objectives of this work is two-fold : the development of biophotonic approaches at the single cell level, and the study of anticancer drug/cell interaction using a non-small-cells lung cancer model. Using Raman microspectroscopy, we acquired and discriminated spectral information from nucleus, cytoplasm, and membrane networks of single living cells, using the structural and distribution differences in nucleic acids, proteins, and phospholipids. The impact of several sample preservation methods were studied and characterized based on the spectral features of these macromolecules. Finally, we detected spectral features associated with the effect of low doses of an anticancer drug, gemcitabine, cell populations using high-throughput infrared spectroscopy. These observations were confirmed at the single cell level using synchrotron infrared microspectroscopy, and on single living cells using Raman microspectroscopy. These results show the potentials of infrared and Raman microspectroscopies as future tools for high-throughput spectral cytology. They play an important role in the understanding of biological phenomena at the cellular level. The effect of a drug can be rapidly assessed via such new biophotonic methods and consequently move from a "one for all" treatment to a more personalised strategy.