Développements en Electrochimiluminescence en vue d’Imager la Perméabilisation Membranaire de Liposomes Géants

This PhD work deals with the development of experimental conditions allowing the implementation of an electrochemiluminescence (ECL) imaging of the permeabilization of liposomes. Our strategy features the encapsulation of ECL substrates (tripropylamine and [Ru(bpy)3]2+) in the lipid vesicle and then to promote their permeabilization at the surface of a polarized transparent ITO electrode, allowing the electrochemical oxidation of the content and the visualization of the leaking process. The simultaneous ECL, photoluminescent and amperometric monitoring provides information on the liposome shape during permeabilization, the assignment of the corresponding signals to a specific liposome, as well as the quantification of the tripropylamine released. An alternative approach has been carried out from « negative/shadow ECL », i.e. through the absence of luminescence at regions of the electrode electrochemically blocked by the lipid layer of liposomes in contact with ITO. Under these conditions, the deposition of liposomes at the polarized electrode yields a black spot while the rest of the electrode surface remains luminescent. Then we have explored some bio-analytical applications by classical (positive) ECL. First, ECL allowed the imaging of the permeabilization of liposomes by melittin, a representative antimicrobial peptide (AMP). Finally, we have monitored the intravesicular completion of a simple metabolism, the oxidation of glucose catalyzed by GDH, where the formation of NADH promotes the ECL process, opening avenues for the monitoring of in vivo redox metabolisms achieved in artificial cells.Ce travail de thèse s’intéresse à mettre au point les conditions expérimentales permettant d’imager par électrochimiluminescence (ECL) la perméabilisation de membranes de liposomes géants. La stratégie retenue consiste à encapsuler les réactifs ECL (tri-propylamine et complexe [Ru(bpy)3]2+) à l’intérieur de liposomes, puis de déclencher leur perméabilisation membranaire au contact d’une surface polarisée et transparente en ITO permettant ainsi d’oxyder et de visualiser l’écoulement des réactifs vers le milieu extra-vésiculaire. La mesure simultanée de l’ECL avec la photoluminescence et l’ampérométrie nous a permis d’obtenir des informations comme le suivi de l’état du liposome avant et après l’évènement de la libération, l’attribution de chaque signal à son liposome d’origine, ainsi que la quantité de tri-propylamine libérée par chaque liposome. Une seconde approche par ECL négative a consisté à imager un objet par contraste optique négatif grâce au blocage de l’électrode par l’objet d’intérêt (le liposome). Nous avons pu montrer que la mise en contact d’un liposome avec la surface d’une électrode sous polarisation génère alors une tâche noire, alors que les autres régions de la surface d’électrode polarisée restent luminescentes. Nous avons ensuite exploré quelques applications bio-analytiques par ECL positive. En présence d’un peptide anti-microbien (la mélittine), l’ECL a permis d’imager les évènements de perméabilisation. Enfin, nous avons révélé par ECL la formation de NADH dans une réaction d’oxydation du glucose catalysée par la GDH à l’intérieur du liposome, ouvrant des perspectives pour utiliser l’ECL dans le suivi de l’avancement de métabolismes rédox du vivant réalisés dans des cellules artificielles