Ouverture d’une barrière hémato-encéphalique artificielle à l’aide de microbulles sous ultrasons

L’ensemble de ces travaux s’inscrit dans une problématique de délivrance de médicaments au sein du système nerveux central (SNC), dont l’accès est limité par la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Des études menées chez la souris, le rat et l’humain ont montré qu’une stimulation acoustique de microbulles à proximité de la barrière pouvait induire une ouverture réversible de celle-ci, permettant ainsi d’augmenter la pénétration de molécules thérapeutiques dans le cerveau. Cependant, les mécanismes impliqués dans ce phénomène restent encore partiellement compris, et des bio-effets potentiellement indésirables ont été rapportés.
Dans ce contexte, ce travail propose une étude de l’ouverture ultrasonore de la BHE au sein d’un modèle in vitro, conçu pour permettre une observation microscopique en temps réel tout en constituant une alternative aux modèles animaux. Malgré la simplicité de notre modèle (une monoculture de cellules endothéliales), la BHE-sur-puce a présenté des propriétés de perméabilité comparables à celles rapportées in vivo. L’exposition aux ultrasons en présence de microbulles a ensuite permis de mettre en évidence les premiers signes d’ouverture de la BHE.
Ce travail s’est également intéressé à l’encapsulation de principes actifs dans des microgouttes destinées à leur transport et à leur libération contrôlée dans l’organisme. Des microgouttes présentant différentes compositions, architectures et tailles ont été soumises à des stimulations ultrasonores. Celles-ci ont présenté un relargage progressif de leur contenu à des pressions acoustiques inférieures au seuil de vaporisation, ce qui pourrait être plus favorable à une application clinique.
Dans son ensemble, cette étude contribue au développement et à la caractérisation de modèles in vitro permettant d’étudier l’ouverture ultrasonore de la BHE et les mécanismes de libération contrôlée de composés encapsulés, dans une perspective de développement de stratégies de délivrance thérapeutique au sein du SNC.

Opening an artificial blood–brain barrier using microbubbles under ultrasound

This work addresses the challenge of drug delivery to the central nervous system (CNS), which is restricted by the blood–brain barrier (BBB). Studies in mice, rats, and humans have shown that acoustic stimulation of microbubbles near the barrier can induce its reversible opening, thereby enhancing the penetration of therapeutic molecules into the brain. However, the mechanisms involved in this phenomenon remain only partially understood, and potentially undesirable biological effects have been reported.
In this context, this work investigates ultrasound-induced BBB opening in an in vitro model designed to enable real-time microscopic observation while providing an alternative to animal models. Despite the simplicity of our model — a monoculture of endothelial cells — the BBB-on-chip exhibited permeability properties comparable to those reported in vivo. Exposure to ultrasound in the presence of microbubbles then revealed the first signs of BBB opening.
This work also investigated the encapsulation of active compounds in microdroplets intended for their transport and controlled release within the body. Microdroplets with different compositions, architectures, and sizes were exposed to ultrasound stimulation. They exhibited progressive release of their contents at acoustic pressures below the vaporization threshold, which could be more favorable for clinical applications.
Overall, this study contributes to the development and characterization of in vitro models for studying ultrasound-induced BBB opening and the mechanisms of controlled release of encapsulated compounds, with a view to developing therapeutic delivery strategies for the CNS.