Mesure de l’activité neuronale et applications de piège acoustique en conditions de microgravité

L'influence des variations de gravité, qu'il s'agisse d'hypergravité ou de microgravité, sur le cerveau des astronautes est une préoccupation majeure pour les longs voyages dans l'espace, vers la Lune ou vers Mars, ou simplement pour les missions de longue durée à bord de l'ISS (Station spatiale internationale). Le suivi de l'activité cérébrale, avant et après les missions de l'ISS, a déjà démontré des effets importants et à long terme sur le cerveau des astronautes. Parmi les modèles biologiques, la culture cellulaire constitue un paradigme important qui permet d'examiner rapidement le phénotype et le comportement des cellules. Alors que les cultures cellulaires sont classiquement cultivées sur un substrat en 2D, le développement récent des technologies organoïdes représente un changement paradigmatique dans l'expérimentation biologique car elles ouvrent la voie à la reconstruction d'organes minimalistes en 3D.Bien que l'étude du comportement des cellules et des organes dans l'environnement spatial suscite un intérêt croissant, la manipulation de cultures 3D en microgravité reste un défi. Or, avec le développement de la recherche spatial en particulier dans les domaine de la biologie et de la médecine à bord de la Station spatiale internationale (ISS), il est essentiel d'optimiser les techniques de manipulation des assemblages cellulaires en 3D. Ici, afin de cultiver des modèles 3D de sphéroïdes en microgravité, nous avons développé et utilisé un bioréacteur acoustique pour piéger des organoïdes cellulaires en lévitation dans un milieu de culture cellulaire liquide. En effet, dans un résonateur à ondes acoustiques de masse (BAW), des objets sphériques, tels que des cellules, peuvent être maintenus dans une position d'équilibre, à l'intérieur d'une cavité résonante, loin des parois. Dans le plan de lévitation acoustique, la gravité est contrebalancée par la force de radiation acoustique (ARF), ce qui permet de maintenir un objet même en apesanteur.Dans le cadre de cette thèse, un dispositif spécifique a été conçu et construit pour réaliser l'imagerie calcique en direct de réseaux neuronaux lors de vols paraboliques, au cours de campagnes de vols paraboliques du CNES (Centre National d'Etudes Spatiales). Ce qui a permit l'observation et le suivis de l'activité calcique de réseaux 2D de neurones à l'intérieur de dispositifs microfluidiques lors de variations de gravité sur différentes paraboles.Mais aussi, dans un second temps, ce dispositif a été modifier pour ajouter un piège acoustique assurant le maintient pour l'observation de réseaux neuronaux 3D. Ces expériences présentes une première description des effets de cours variation de gravité sur l'activité neuronal, connaissance nécessaire dans la suite des objectifs de voyage longue durée dans l'espace.