Soutenance de thèse de ROMANOS POULKOURAS

L'électroporation est un outil thérapeutique puissant, très prometteur dans le traitement du cancer. Grâce à l'application de champs électriques, des pores sont créés au niveau de la membrane cellulaire permettant aux agents chimiothérapeutiques de pénétrer dans la cellule, ou entrainant directement la mort cellulaire. Différents protocoles d'électroporation ont déjà été appliqués à diverses formes de cancer néanmoins les tumeurs cérébrales représentent un défi. Le développement de nouveaux matériaux organiques, tels que PEDOT:PSS, combiné aux techniques de microfabrication, ouvre la voie à une nouvelle génération d'électrodes hautement performantes pour les applications cliniques. Toutefois, les événements intracellulaires exacts survenant à la suite de l'application de champs électriques pulsés restent très mal compris. Par conséquent, l'objectif de ma thèse était double : évaluer l'utilité du PEDOT:PSS en tant que matériau d'électrode ainsi que son impact intracellulaire suite à l'application de champs électriques pulsés. Dans ce but, j'ai étudié in vitro l'efficacité d'électrodes recouvertes de PEDOT:PSS à des fins de stimulation et de détection. Nos résultats montrent que même si les électrodes de stimulation recouvertes de PEDOT:PSS n'électroporent pas efficacement les cellules, elles n'induisent pas la production de superoxyde mitochondrial après l'application champs électriques pulsés. Ce résultat est important car le superoxyde mitochondrial peut facilement devenir nuisible aux cellules, et il est généré avec des électrodes non revêtues. Ainsi, des électrodes de stimulation revêtues de PEDOT:PSS seraient indispensables lorsque la survie des cellules est importante et lorsque les dommages oxydatifs doivent être évités. D'autre part, les microélectrodes de détection recouvertes de PEDOT:PSS semblent être extrêmement efficaces pour surveiller l'intégrité de la barrière cellulaire, démontrant une haute sensibilité aux changements d'impédance causés par l'électroporation. Ces électrodes pourraient donc être utiliser pour surveiller en temps réel l’électroporation dans les tissus. Enfin, des électrodes organiques peuvent être fabriquées sur des implants flexibles. L'implantation dans le cerveau étant souvent nécessaire, dans la dernière partie de ma thèse, j'ai évalué, la réponse du tissu cérébral aux implants rigides et flexibles chez des souris. Les résultats ont démontré que les implants flexibles minimisent à la fois la mort neuronale et la réponse gliale post-implantation. Cela indique que des microélectrodes revêtues de PEDOT:PSS sur des implants flexibles pourraient être implantées dans le tissu neural avec des effets indésirables minimes. Ainsi, ce travail de doctorat fournit non seulement de nouvelles informations sur les événements intracellulaires qui se produisent à la suite de l'application de champs électriques pulsés, mais aussi sur le potentiel du PEDOT:PSS comme matériau d'électrode pour différentes applications biologiques.

Electroporation is a powerful therapeutic tool, which holds great promise in cancer treatment. Through the application of electric fields, pores are created at the cell membrane either allowing chemotherapeutic agents to enter the cell or directly leading to cell death. Yet, while different protocols of electroporation have already been applied to various form of cancer, brain tumours represent a challenge. The development of novel organic materials, such as PEDOT:PSS, combined with microfabrication techniques, paves the way for a new generation of highly efficient electrodes for clinical applications. However, much is still unknown about the exact intracellular events that take place following pulsed electric fields (PEF) application. Therefore, the goal of my thesis was double; to evaluate the usefulness of PEDOT:PSS as an electrode material, and its intracellular impact following PEF application. To this aim, I studied in vitro the efficacy of PEDOT:PSS-coated electrodes for both stimulation and sensing purposes. Our results showed that, while PEDOT:PSS-coated stimulation electrodes do not electroporate cells effectively, they do not induce mitochondrial superoxide production following PEF application. This is important as mitochondrial superoxide can easily become damaging to cells, and is generated with uncoated electrodes. Therefore, PEDOT:PSS-coated stimulation electrodes would be well suited for applications where cell survival is important, and oxidative damage needs to be avoided. On the other hand, PEDOT:PSS sensing microelectrodes appear to be extremely effective in monitoring cell barrier integrity, demonstrating high sensitivity to impedance changes caused by electroporation. These electrodes could provide the means of real-time monitoring electroporation in tissue. Finally, organic electrodes can be fabricated on flexible implants. Since implantation in the brain is oftentimes necessary, in the last part of my thesis I evaluated the brain tissue response to both rigid and flexible implants in freely moving mice. The results demonstrated that flexible implants minimise both neuronal death and glial response post-implantation. This indicates that PEDOT:PSS-coated microelectrodes on flexible implants could be implanted in neural tissue with minimal adverse effects. Therefore, my PhD work not only provides new insights on the intracellular events taking place following PEF but also on the potential of PEDOT:PSS as an electrode material for different biological applications.