Janvier 1997 - n°14
L'ELECTROPORATION
L'électroporation est l'application d'impulsions électriques contrôlées sur des cellules vivantes afin de perméabiliser la membrane cellulaire. Cette technique permet d'introduire de façon simple, rapide et efficace de nombreux types de molécules dans de nombreux types de cellules.
Les impusions électriques sont produites par un appareil portable comprenant une paire d'électrodes. Ces impulsions produisent un potentiel transmembranaire pro voquant une rupture réversible de la membrane cellulaire. Des pores se for ment et permettent à des molécules telles que l'ADN, les protéines, de pénétrer dans la cellule. Le mécanisme exact de l'électroporation est toujours sujet à controverse. Un grand nombre d'informa tions ont été publiées ces derniers temps, qui donnent quelque idée sur le proces sus. D. Chang a mis en évidence par microscopie des micro fractures à froid dans les hématies, révélant une structure de type "volcanique" des pores avec un diamètre de 50 à 120 nm à 40 ms de post impulsions.
Les paramètres mis
en jeu
Deux paramètres primordiaux sont mis en jeu: la puissance du champ
et la longueur de l'impulsion. Un troisième paramètre peut également
intervenir: la forme de l'impulsion, mais celle-ci dépend essen tiellement
du type de générateur utilisé.
La puissance du champ exprimée en kV/cm résulte de la différence
de potentiel que l'on obtient entre les deux électrodes. Lorsque ce potentiel
atteint une certaine valeur il provoque une rupture réversible de la
membrane. En général, le voltage nécessaire pour provoquer
une rupture de la membrane est inversement propor tionnel à la taille
de la cellule. La rupture de la membrane donne naissance à des pores
multiples à travers lesquels des macromolécules peuvent passer.
La puissance du champ peut être modifiée en fai sant varier le
voltage du générateur, ou la distance entre les électrodes.
La longueur de l'impulsion représente le temps pendant lequel la cellule
est sou mise au champ électrique. Ce paramètre varie de la microseconde
à plusieurs mil lisecondes. La longueur de l'impulsion peut être
choisie de façon à obtenir le meilleur résultat pour chaque
type de cel lules.
La forme de l'impulsion est classée en deux catégories: I'onde
carrée et la décharge capacitive exponentielle. Elles sont générées
par la décharge partielle ou complète du condensateur. Une grande
partie des applications de l'électropo ration fait appel à la
décharge capacitive exponentielle. Elle permet une très bonne
transfection, mais en contre partie, elle peut provoquer la mort de cellules
plus fragiles. Les ondes carrées sont moins agressives pour les cellules.
Les multiples possibilités
offertes par l'électroporation
L'électroporation présente de nombreux avantages sur les méthodes
plus conventionnelles qu'elles soient chi miques ou biologiques. Cette méthode
est facile à réaliser et ainsi parfaite ment reproductible, rapide,
avec des rendements excellents, et surtout non toxique. Contrairement aux agents
chimiques, I'électroporation n'altère pas ou peu la structure
biologique de la cel lule ciblée, ni son fonctionnement bio logique.
Cette méthode permet égale ment de s'affranchir de vecteurs blolo
giques comme les virus qui peuvent présenter certains inconvénients.
La perméabilisation réversible de la membrane cellulaire soumise
à champ électrique permet d'introduire toute sorte de molécules
dans la cellule. Cette méthode s'est donc très vite développée
pour la construction de vecteurs en transférant des gènes dans
des bactéries, ou pour l'étude de l'activité cellulaire
après introduction de métabolites, protéines, anticorps
dans les cellules. L'électroporation s'est aussi révélée
être une méthode de choix pour le manipulations génétiques
des cellules de mammifères ou des embryons.
L'application d'un champ électrique peut également être
le facteur déclenchant de phénomènes particuliers. Ainsi,
la parthé nogénèse peut être induite en stimulant
un œuf non fécondé, et de la même façon, on
peut faciliter la fécondation en appliquant un pulse au sperme (ce qui
entraine une amélioration de la réaction acrosomique).
L'électrofusion
Lorsque des cellules soumises à un champ électrique sont en contact,
elles peuvent fusionner, c'est l'électrofusion. Le contact cellulaire
préalable peut être effectué par une manipulation mécanique
ou, comme c'est en général le cas, par un champ électrique
oscillatoire de haute fréquence et de basse intensité. Les possibi
lités offertes par l'électrofusion sont mul tiples. En effet,
cette technique qui présente les mêmes avantages que l'électroporation
est très utilisée dans l'agrono mie, pour la fusion de protoplastes
et la création de plantes résistantes à des maladies dûes
à des champignons ou à des insectes. C'est également un
outil extrêmement efficace pour la création d'hydridomes dans le
cadre de la produc tion d'anticorps monoclonaux. La production et le rendement
de cellules hybridomes sont améliorés d'un facteur 100 par rapport
aux techniques chi miques.
Electroporation et électrofusion sont destechniques d'une grande fiabilité et dont les applications concernent des domaines multiples. Il est également intéressant de souligner que l'électroporation ouvre la voie à de nombreuses autres possiblités. Ainsi plusieurs laboratoires travaillent sur cet outil pour
Sabine BATTEGAY
MedGene Science