Le diabète est une maladie qui touche environ 537 millions d’adultes, selon les chiffres de l’International Diabetes Federation en 2021. Il existe deux types de diabètes qui conduisent à l’hyperglycémie, un taux trop élevé de sucre (glucose) dans le sang. La quantité de glucose sanguin est régulée par l’action d’une hormone : l’insuline, secrétée par le pancréas. Le diabète de type 1 résulte d’une absence de sécrétion d'insuline par le pancréas, alors que le diabète de type 2 est dû à une mauvaise utilisation de l'insuline par les cellules de l'organisme. Classiquement tous les malades atteints de diabète surveillent leur taux de glucose plusieurs fois par jour et procèdent ensuite à des injections sous-cutanée de doses appropriées d'insuline. Ce contrôle de glycémie est pour la plupart des patients réalisé manuellement. Des solutions plus intégrées existent, mais la technologie reste imparfaite et invasive. Idéalement, ce genre de dispositif médical comprendra un capteur capable de mesurer le taux de sucre sanguin en continu, un algorithme pour calculer la dose d’insuline appropriée, et une pompe d’injection d’insuline. Pour pallier au manque d’insuline, d’autres axes de recherche peuvent être envisagés comme le développement de pancréas artificiels ou la stimulation du pancréas déficient chez les patients diabétiques.

Dans ce contexte des chercheurs de l’Irig [collaboration], étudient comment stimuler la sécrétion d’insuline par un pancréas défaillant. Ils utilisent la vibration de microparticules magnétiques déposées à la surface de cellules bêta pancréatiques. Les chercheurs avaient déjà utilisé ces particules pour éliminer des cellules cancéreuses par apoptose. Ce sont des microdisques (diamètre : 1,3 µm ; épaisseur : 60 nm d’épaisseur, figure A), composés de fer et de nickel, et qui peuvent être recouverts sur leurs deux faces par une couche d’or (Au/Fe₂₀Ni₈₀/Au). Lorsqu’ils sont déposés sur la membrane de cellules bêta pancréatiques INS-1E (Figure C), et que l’ensemble est soumis à un champ magnétique de faible fréquence, la vibration des particules stimule la surface cellulaire, ce qui conduit à la sécrétion d’insuline. La quantité d’insuline ainsi produite dépend à la fois de la concentration de particules appliquée sur la surface des cellules (de 10 à 50 µg/mL), de la fréquence du champ magnétique (de 10 à 40 Hz) et de la durée de la stimulation (de 5 à 30 minutes).

Dans les conditions optimales, la quantité d’insuline sécrétée est proche de celle qui est observée lorsque les cellules sont stimulées via une concentration efficace de glucose. Cette mécano-stimulation n’est pas délétère pour les cellules et n’entraîne pas d’apoptose. Cependant les microparticules magnétiques sont internalisées par les cellules. Pour pallier à cet effet et pour garantir la sécurité du dispositif, les chercheurs ont incorporé les microparticules magnétiques dans un film polymère de polydiméthylsiloxane PDMS (Figure B). Ce nouveau dispositif évite l’internalisation des particules et conduit lui aussi à la sécrétion d’insuline par les cellules (Figure D).

Ainsi, la mécano-stimulation de la surface des cellules bêta pancréatiques, via la vibration de particules magnétiques isolées ou inclues dans un film polymère, entraine la sécrétion d’insuline. Ces membranes dopées avec les particules magnétiques pourraient à terme devenir l’un des composant d’un pancréas artificiel. Il est aussi imaginable d’implanter ce dispositif au sein du pancréas déficient d’un patient diabétique.


A) microdisques magnétiques lors de leur fabrication sur substrat de silicium, vus par imagerie MEB
B) membrane dopées avec les microdisques
C) cellules pancréatiques sur lesquelles sont déposés des amas de particules magnétiques
D) Dispositif magnétique pour stimuler la sécrétion d’insuline

Credit CEA​