Study of 3D cellular microenvironments for the development of bone marrow in-vitro models

Étude de microenvironments cellulaires 3D pour le développement des modèles in-vitro de la moelle osseuse L'étude du microenvironnement cellulaire a été une force motrice pour les scientifiques interdisciplinaires au cours de la dernière décennie, afin de fournir aux biologistes des modèles in vitro plus avancés et plus adaptés. Ces modèles cherchent à combler l'écart entre la culture cellulaire monocouche standard et les expériences in vivo avec des conditions de culture 3D standardisées. L'une des principales limites des modèles monocouches est l'imprécision inhérente à la reproduction de la complexité des tissus vivants. Les propriétés structurelles et mécaniques du tissu, l'impact sur l'adhésion des cellules, ou même le mouvement du liquide dans le tissu sont des caractéristiques clés souvent négligées, mais néanmoins pertinentes pour comprendre le comportement cellulaire. Dans les os, la porosité a un impact sur les propriétés mécaniques des structures osseuses et fournit une niche, qui est essentielle pour l'angiogenèse et pour la prolifération et la différenciation des cellules stromales mésenchymateuses (MSc) pendant les processus de réparation des os. Dans ce travail, nous cherchons à étudier des facteurs clés spécifiques du microenvironnement cellulaire de la moelle osseuse et à fournir de nouveaux outils pour reproduire les trois compartiments biologiques dans lesquels la moelle osseuse est divisée dans un seul modèle : endostéal (tissu osseux), périvasculaire (tissu endothélial) et niche centrale.Dans cette thèse, nous présentons deux approches différentes pour structurer des matériaux en 3D et générer la complexité architecturale nécessaire au développement de structures biologiques en 3D dans les cavités d'un échafaudage poreux. La première technique, centrée sur la fabrication additive, permet un contrôle précis de la topographie et cherche à dévoiler les limites des communications de contact cellulaire en produisant des squelettes à porosité ou taille de pores incrémentales. La seconde technique est une nouvelle structuration à forme libre basée sur la réticulation contrôlée d'une émulsion à haute phase interne (HIPE) à une température supérieure au point d'ébullition de la phase interne, l'eau. Ceci génère une expansion contrôlée de la vapeur de l'émulsion et la génération d'une gamme différente de porosité. La structure poreuse qui en résulte donne un dispositif polyvalent qui peut être coupé et déformé pour accéder à différentes informations. La combinaison des deux méthodes nous donne une vue plus large du microenvironnement cellulaire de la moelle osseuse.Dans le premier chapitre de cette thèse, nous présentons un examen complet des indices biophysiques du microenvironnement cellulaire et de l'état actuel des systèmes microphysiologiques de la moelle osseuse. Le chapitre 2 est centré sur la technique de structuration 3D et sur le développement technologique réalisé dans ce travail par les deux techniques. Le chapitre 3 traite de la validation biologique des structures en utilisant une lignée cellulaire, SaOS-2, avec des capacités d'adhésion similaires des cellules osseuses, et des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) primaires de la moelle osseuse humaine. Le chapitre 4 présente l'intégration et la caractérisation des deux techniques dans des systèmes perfusables, afin de fournir un flux de liquide au sein du microenvironnement cellulaire. Enfin, le chapitre 5 résume nos résultats et donne un aperçu des travaux actuels et de la perspective de ce projet en cours.