Le travail présenté ici porte sur l’étude et le contrôle de la cavitation acoustique dans le but de développer un système de sonoporation efficace pour les cellules en suspension et les cellules adhérentes. Le manuscrit est composé de trois chapitres. Tout d’abord, une revue de la littérature sur les différentes techniques physiques utilisées en transfection cellulaire, et plus particulièrement la sonoporation. Il a été démontré que le principal mécanisme de la sonoporation est étroitement lié au phénomène de cavitation acoustique. Un contrôle de ce phénomène aléatoire apparaît alors intéressant afin d’augmenter le taux de transfection tout en gardant une forte viabilité cellulaire. Dans le second chapitre, un système de régulation de cavitation ultrasonore basé sur un indice acoustique de cavitation a été étudié. Cet indice, est basé sur la mesure de bruit large bande émis lors de l’implosion des bulles de cavitation. Les avantages d’un tel système sont : un suivi en temps réel du niveau de cavitation durant l’irradiation, des informations quasi-instantanées sur les composantes spectrales caractéristiques de la cavitation, une meilleure reproductibilité et stabilité du niveau de cavitation surtout pour les intensités modérés. Dans le troisième chapitre, pour comprendre les mécanismes de la sonoporation, un deuxième système de cavitation contrôlé a été conçu dans le but de permettre une visualisation du milieu en cours d’insonification. Ce nouveau dispositif est adapté à un fonctionnement sous microscope photonique à transmission et à fluorescence. Des essais de transfection de siRNAs, sur les cellules en suspension (RL du lymphome folliculaire) et sur les cellules adhérentes (cancer du sein ; MDA-MB 231) ont permis de valider in vitro l’efficacité de ce système en atteignant un taux de 40 % de transfection pour ces deux types de cellules, avec un très faible taux de mortalité (< 10 %) / The aim of the present work, which is based on the study and the control of acoustic cavitation, is to develop an efficient sonoporation system to transfect the cells in suspension and the adherent cells. The manuscript is composed of three chapters. The first one takes a glance on the state of art of different physical techniques used in cells transfection, and more precisely on sonoporation. It has been shown that the principal mechanism of sonoporation is closely linked to acoustic cavitation. Thus, a control of this random phenomenon is important to increase the rate of transfection while keeping strong cell viability. In the second chapter, a regulated cavitation generator based on an acoustic index was studied. This index is based on the measure of broad band noise emitted during the implosion of the cavitation bubbles. The advantage of such a system is: a control in real time of the level cavitation during sonication, leading to a better reproducibility and stability of the cavitation level, especially for the moderate intensities. In the third chapter, in order further study the sonoporation mechanisms, a second regulated cavitation generator was studied; its aim is to be able to visualize the medium during sonication. This new device is adapted to the performance under a fluorescencemicroscope with fluorescence transmission. SiRNAs transfection, was validated in vitro by attending a rate of 40 % of transfection for the two types of cells, with a very low rate of mortality (< 10%), for both suspended cells (RL of follicular lymphoma) and adherent cells (Cancer of breast; MDA-MB 231)

Dans nombre d’applications thérapeutiques des ultrasons, il peut être intéressant d’augmenter l’activité de cavitation inertielle tout en limitant au maximum les intensités utilisées : ceci permet de maximiser les effets mécaniques des ultrasons au niveau des tissus visés tout en minimisant les échauffements des tissus environnants. L’étude expérimentale présentée ici ² porte sur la modification des seuils de cavitation inertielle et de l’activité de cavitation au-delà du seuil lorsqu’un signal bifréquentiel comportant deux composantes fréquentielles proches est utilisé. Le caractère non linéaire de la modification du seuil est démontré. Ainsi, des réductions significatives de l’intensité nécessaire à l’obtention de cavitation inertielle peuvent être obtenues dans des milieux où les seuils sont élevés. De plus, l’évolution de l’activité de cavitation lorsque l’intensité ultrasonore est augmentée au-delà du seuil montre qu’avec une excitation bifréquentielle, de fortes activités de cavitation peuvent être atteintes pour des intensités plus proches du seuil. Ce point présente un double intérêt sur le plan de l’application pratique, puisque cela signifie une meilleure séparation des régimes cavitant et non cavitant et permet de réduire encore, par rapport à une excitation monofréquentielle, les intensités requises pour atteindre une activité de cavitation donnée. Des essais sur modèle de caillots sanguins ont permis de valider in vitro l’efficacité de cette excitation bifréquentielle pour la thrombolyse purement ultrasonore. / Enhancing cavitation activity using lower acoustic intensities is interesting to a variety of therapeutic applications, where the mechanical effects of cavitation are required with minimal heating of surrounding tissues. The present experimental work is focused on the modification of the inertial cavitation threshold and on the cavitation activity beyond the threshold where an excitation signal made of two neighbouring frequency components is used. A significant reduction of the acoustic intensity required to trigger cavitation can be obtained in a medium with a strong cavitation threshold. Moreover, comparing the evolution of the cavitation activity beyond the threshold where mono- and bi-frequency excitations are used, it is shown, in the latter case, that strong activities can be reached with intensities closer to the threshold value. This fact would offer a dual-benefit in terms of therapeutic applications, as it enables a better separation between the cavitating and non-cavitating regime and allows lower intensities to be used to attain a given cavitation activity. The evolution of the bifrequency threshold as function of the external parameters shows that the mechanisms involved are nonlinear. Experiments on in vitro blood clot models have validated the efficiency of this bifrequency excitation for purely ultrasound thrombolysis