Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de Vicard DU effectuée sous la direction de Claire WILHELM.

Soutenance le mercredi 16 septembre 2015 à 14h00.

Lieu : bâtiment Condorcet, Salle 454A au 4e étage.

La soutenance sera suivie d’un pot au 6e étage.

Magnétisme et cellules souches : nouveaux outils pour l’ingénierie tissulaire et l’étude de la différenciation cellulaire

Résumé :

La médecine régénérative a connu de nombreuses avancées cette dernière décennie, grâce au développement de nouveaux outils technologiques provenant de diverses disciplines tel que la bioingénierie (impression 3D, bioréacteurs), la physique (application de forces contrôlées), la chimie (optimisation des matrices de soutien), et la biologie (différenciation cellulaire, reprogrammation)

Illustration des différentes techniques magnétiques : (A) Formation de tissu en structure ligne de 1 million de MSCs (barre d’échelle : 250µm) ; (B) Ensemencement de MSCs dans un scaffold poreux en polysaccharide sous aimant ; (C) Réseau de corps embryoïdes formés magnétiquement à partir d’ESCs magnétiques (barre d’échelle : 1cm) ; (D) Etirement d’un corps embryoïde d’ESCs murines formé (et déformé) magnétiquement dans un étireur magnétique (barre d’échelle : 200µm)

Le concept d’ingénierie tissulaire, prend part de ces avancées dans le but de développer de nouvelles technologies d’assemblages cellulaires, moléculaires et matricielles et des stratégies thérapeutiques aussi bien pour le remplacement de tissus, que pour la création de modèles pour l’évaluation de médicaments ou pour des études plus fondamentales telle la différentiation cellulaire.

Pour créer un assemblage cellulaire en 3D organisé, il faut pouvoir agir à distance sur les cellules, pour les faire interagir, les organiser et les stimuler. Les forces magnétiques, créées à distance par des champs externes, sont des candidates idéales pour une telle application, sous réserve de magnétiser au préalable les cellules.

Dans le cadre de notre thèse, nous avons contribué au développement de nouvelles stratégies magnétiques en exploitant la manipulation 3D de cellules souches vers le concept d’assemblage cellulaire.

D’un côté, nous avons démontré qu’il est possible de créer des structures purement cellulaires à partir de cellules souches mésenchymateuse (MSCs) sous forme de bâtonnets, de taille millimétrique. Sachant que ces cellules possèdent la capacité de se différencier en cellules de l’os, cartilage et adipeuses. De l’autre nous avons réussi à confiner des MSCs dans des matrices de soutien poreux afin de permettre dans ces matrices, la différenciation vers le cartilage en biomatériaux.

L’autre objectif de la thèse est davantage tourné vers les problématiques actuelles du contrôle de la différentiation de cellules souches embryonnaires qui ont la capacité de se différencier en tous les types composant le corps adulte. Derrière le potentiel de ces cellules, se cache tout de même un problème majeur. En effet, sans aucun contrôle, ces cellules donnent lieu à un amas hétérogène de types cellulaires, qui complique la finalité thérapeutique. L’idée de cette seconde partie de la thèse est d’exporter les techniques magnétiques développées auparavant dans le but d’explorer le rôle de forces mécaniques cycliques sur la différenciation de ces cellules organisées magnétiquement sous forme d’agrégats en 3D.