Microscopie de surface multimodale appliquée aux technologies pour la santé

Les propriétés interfaciales des dispositifs en technologies de la santé sont très importantes, car la plupart des réactions en biologie se déroulent aux interfaces. Alors que la médecine est engagée dans les technologies implantables, l’étude des interfaces prend une importance croissante en innovation. Pour répondre à la complexité de la biologie, des outils de caractérisation chimique des surfaces performants sont nécessaires. L'objectif de cette thèse consiste à mettre en œuvre une approche par imagerie chimique de surface multimodale à trois niveaux de sophistication. En combinant les méthodes d'analyse de surface, on peut acquérir des informations chimiques et morphologiques d'interfaces biomédicales telles que celles présentes dans les tissus cérébraux non humains contenant des technologies implantées, ou dans les systèmes d'administration de médicaments utilisés dans le traitement du glioblastome et les dispositifs neuronaux utilisés comme interface cerveau-ordinateur. Nous avons utilisé la spectrométrie ToF-SIMS, la spectrométrie de masse (MS) en tandem, la spectroscopie XPS ainsi que la microscopie électronique à photoémission (PEEM) et la microscopie AFM. Ces techniques peuvent identifier et quantifier les principaux éléments chimiques, groupes fonctionnels et molécules présents dans le système biologique et suivre la morphologie de surface. L'analyse par ToF-SIMS et XPS de systèmes d'administration de médicaments non encore implantés dans des cerveaux vivants nous a permis d’obtenir une répartition chimique en surface, et de manière quantitative, vérifier la chimie de surface des microcapsules de kétorolac trométhamine et de gomme gellane dans l'hydrogel HA. Malgré les limitations de l’AFM, nous avons pu imager l'aspect fibrillaire de la surface des microcapsules de gomme gellane. Enuite, par ToF -SIMS et XPS, nous avons pu mettre en évidence deux régions de composition chimique distinctes (S1- et S2-OCT) dans l’échantillon O.C.T.TM ainsi que quantifier les environnements chimiques dans ces deux régions d'intérêt. La confirmation des attributions moléculaires dans le spectre de masse a été obtenue en utilisant Tandem MS. L'imagerie des environnements chimiques trouvés dans ces régions a été réalisée par X-PEEM. Malgré les effets de charge, nous avons pu obtenir des spectres à haute résolution pour les niveaux de cœur C 1s et O 1s de forme similaire à celles obtenues par XPS, confirmant la stabilité chimique de cette surface lors de l'exposition aux rayons X. Enfin, nous étudié le même échantillon biologique dans une même région d'intérêt, avec l’hydrogel HA. Tout d'abord, nous avons vérifié par ToF-SIMS l'existence de l'hydrogel à l'intérieur de la zone chirurgicale du cerveau d'un rongeur, même après 3 mois d'implantation, et observé une répartition anormale des phospholipides et des acides gras caractéristiques d'un environnement riche en membrane plasma, parmi les acides aminés et les protéoglycanes caractéristiques d'un environnement riche en matrice extracellulaire. Une quantification cohérente de la composition de surface a été obtenue par XPS. L'imagerie de ces environnements chimiques présents dans le tissu cicatriciel glial a été réalisée par X-PEEM: l’identification des mêmes environnements chimiques que trouvés par XPS confirme la stabilité chimique du tissu biologique pendant l'analyse.