Thèse soutenue le 10 décembre 2019 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Biotechnologie

Résumé :
Les organes-sur-puces sont des environnements biologiques créés au sein d’une puce microfluidique. Ils permettent de reproduire les fonctions d’un tissu biologique ou d’un organe offrant ainsi des plateformes de test pour de nouvelles molécules thérapeutiques afin d'améliorer l’efficacité des traitements fournis aux patients. A plus long terme, le développement de tissus physiologiques sains promet des utilisations en tant qu’implants de remplacement ou de soutien d’organes défaillants.
Les reproductions tissulaires conçues à ce jour se confrontent aux difficultés de développement d’un réseau vasculaire perfusable. In vivo, le réseau vasculaire approvisionne les cellules de l’organisme en oxygène et nutriments et joue un rôle prépondérant dans le maintien de l’homéostasie des organes. Une limitation actuelle des organes sur puce est le développement d’un réseau vasculaire. Les tissus créés contenant un réseau de capillaires de quelques microns sont peu épais (< 500 µm) alors que pour des tissus d’épaisseurs plus importantes, la taille des vaisseaux est supérieure à 100 µm de diamètre ce qui ne représente pas un tissu humain. L’objectif de cette thèse est de repousser cette limitation en construisant un réseau de capillaires sanguins aux dimensions physiologiques (3 à 100 µm) intégré au sein d’une construction tissulaire épaisse. Une technique innovante de vascularisation a été développée, consistant en l’empilement dans un réservoir microfluidique de microsphères recouvertes de cellules endothéliales. Le contrôle de la taille des microsphères permet de contrôler la taille des capillaires formés. La stimulation des cellules endothéliales au sein de la structure favorise l’auto-assemblage en capillaires sanguins. Cette technique permet le développement rapide de tissus épais vascularisés ainsi que le contrôle de la taille et la densité des capillaires développés. Elle permet également l’encapsulation de plusieurs types cellulaires ce qui la rend compatible au développement de nombreux tissus.
Afin de réaliser cette technique, un dispositif de production des microenvironnements sphériques a été construit. La structure d’empilement des microenvironnements a été étudiée afin de caractériser les écoulements au sein de tels milieux d’appliquer des stimuli physiques contrôlés aux cellules. Un système microfluidique de culture, de type bioréacteur, a été fabriqué et a permis le développement des réseaux de capillaires au sein de construction tissulaire épaisse.

Jury :
Présidente : Mme Picart Catherine
Rapporteure : Mme Legallais Cécile
Rapporteur : M. Baeyens Nicolas
Examinatrice : Mme Le Gac Séverine
Invité : M. Bottausci Frédéric
Invité : Mme Rivera Florence
Directrice de thèse : Mme Carrière Marie
Co-encadrant de thèse : M. Feige Jean-Jacques

Mots clés :
Réseau vasculaire 3D, Microfluidique, Organe-sur-puce, Ingénierie tissulaire

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