Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de François MAZUEL effectuée sous la direction de Claire Wilhelm et Myriam Reffay.

Soutenance le jeudi 22 septembre 2016 à 14h00.

Lieu : bâtiment Condorcet, Salle 454A (4e étage). La soutenance sera suivie d’un pot au 6e étage.

Agrégats multicellulaires magnétiques : mécanique des tissus et biodégradation des nanomatériaux

Résumé :

Les nanoparticules d’oxyde de fer connaissent, avec l’essor des nanobiotechnologies, une utilisation croissante en nanomédecine. Utilisées le plus souvent comme agents de contraste ou comme vecteurs thérapeutiques, elles ont été plus récemment envisagées comme outils pour l’ingénierie tissulaire. Leur cible biologique est alors la cellule (en particulier la cellule souche), au cœur de laquelle elles sont internalisées, la rendant magnétique. Des forces magnétiques peuvent ainsi être appliquées à distance sur ces cellules pour contrôler spatialement et temporellement l’organisation cellulaire, en un tissu complexe et fonctionnel. Dans toutes ces applications, la question du devenir des nanoparticules dans leur environnement intracellulaire est primordiale, car elle conditionne in fine l’utilisation clinique. Ce travail s’inscrit dans ce cadre et comporte deux axes principaux.

La première partie traite de l’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques de tissus biologiques modèles, les agrégats multicellulaires. Une combinaison de méthodes magnétiques originales est proposée pour fabriquer et stimuler des tissus magnétiques de taille et de forme contrôlées. Par exemple, des agrégats sphériques ou cylindriques formés magnétiquement, ont pu être soumis à distance à des contraintes magnétiques d’écrasement et l’étude de leur déformation a permis d’explorer des caractéristiques statiques et dynamiques (tension de surface, module viscoélastique, comportement en loi puissance, non linéarité) jusqu’à présent rarement étudiées à l’échelle tissulaire.

Dans la deuxième partie, nous avons étudié l’évolution à moyen terme des nanoparticules dans leur environnement tissulaire, au cœur des agrégats. En combinant ce tissu modèle avec des méthodes de quantification magnétique, nous avons pu mettre en évidence une dégradation massive d’origine endosomale, sans pour autant impacter de manière importante l’homéostasie du fer. Cette dégradation spectaculaire rassure sur le devenir des nanoparticules pour les applications cellulaires en médecine régénérative. De plus, le modèle tissulaire mis en place permet d’étudier la biodégradation intracellulaire de n’importe quel type de nanoparticules, comme testé ici pour des nano-architectures plus complexes : nanocubes, nanodimers, ou nanoparticules magnéto-plasmoniques.