30 Octobre – Soutenance de thèse - Noémie Danné

14 h Amphithêatre - Institut d'Optique d'Aquitaine (Talence)

Étude de la structure nanométrique et de la viscosité locale de l'espace extracellulaire du cerveau par microscopie de fluorescence de nanotubes de carbone uniques.

Le cerveau est composé principalement de neurones qui assurent la communication neuronale et de cellules gliales qui jouent un rôle de soutien et de protection du réseau neuronal. L’espace extracellulaire correspond à l’espace qui existe entre toutes ces cellules ce qui représente environ 20 % du volume total du cerveau. Son organisation est complexe et il y circule les neurotransmetteurs et de nombreuses autres molécules nécessaire au bon fonctionnement du cerveau et à la communication neuronale optimale. Ainsi, il se modifie au cours de l’âge, l’apprentissage ou lors de maladies neuro-dégénératives. Cependant, ses dimensions et sa viscosité locales restent encore mal-connues.

Pour appréhender ces paramètres clés, dans cette thèse, nous avons développé une stratégie basée sur le suivi de nanotubes de carbone individuels luminescents. Nous avons appliqué cette approche à la mesure des propriétés structurelles et visqueuses de l’espace extra-cellulaire de tranches de cerveaux de rongeurs vivantes à l’échelle nanométrique.
L’organisation du manuscrit est la suivante. Après une introduction des propriétés de photoluminescence des nanotubes de carbone, nous y présentons l’étude nous ayant permis de sélectionner le protocole optimal d’encapsulation des nanotubes pour réaliser nos applications biologiques. Nous y présentons également une étude quantitative décrivant l’augmentation de température de l’échantillon sous l’effet d’irradiations lasers à différentes longueurs d’ondes et permettant de détecter des nanotubes individuels dans une tranche de cerveau. Grâce à une analyse fine des propriétés singulières de diffusion des nanotubes de carbone dans les espaces complexes, nous présentons ensuite la stratégie mise en place pour reconstruire des cartes superrésolues (i.e. avec des résolutions sous la limite de diffraction) de la morphologie de l’espace extracellulaire. Nous montrons également que deux propriétés locales de cet espace peuvent être extraites : un paramètre de complexité propre aux structures (tortuosité) et la viscosité in situ du fluide vue par les nanotubes. Cela nous a conduit à proposer une méthodologie permettant de modéliser la viscosité in situ qui serait vue, non pas par les nanotubes, mais par toute molécule de tailles arbitraire pour simuler celles intrinsèquement présentes ou administrées dans le cerveau pour des traitements pharmacologiques. Enfin, nous présentons une stratégie permettant de rendre luminescents des nanotubes de carbone ultra-courts qui ne sont pas intrinsèquement luminescents et dont leur utilisation pourrait constituer une approche complémentaire pour mesurer la viscosité
locale de l’ECS.

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