Développement d'un réseau microvasculaire sur puce microfluidique pour la reconstruction tissulaire

L’ingénierie tissulaire vise à développer in vitro des tissus fonctionnels ou des organes afin de fournir des plateformes de tests de médicaments ou des tissus transplantables et améliorer les traitements fournis aux patients. Cependant, les constructions tissulaires physiologiques développées à ce jour n’intègrent pas un réseau vasculaire perfusable. In vivo, le réseau vasculaire approvisionne les cellules de l’organisme en oxygène et nutriments et évacue les déchets cellulaires et le dioxyde de carbone. Il possède également un rôle prépondérant dans le maintien de l’homéostasie des organes. L’approvisionnement des cellules s’effectue au niveau des capillaires sanguins : vaisseaux creux dont la paroi est uniquement composée d’une couche de cellules endothéliales. Le réseau de capillaires sanguins est un réseau dense perfusant l’ensemble des tissus de l’organisme. De par la limite de diffusion de l’oxygène dans les tissus, chaque cellule est située au maximum à 200 µm d’un capillaire. Les difficultés de construction d’un réseau de capillaires sanguins perfusable et d’intégration au sein de constructions tissulaires limitent le développement de tissus physiologiques épais.Une technique innovante de développement d’un réseau microvasculaire à l’intérieur d’une construction épaisse est présentée dans cette thèse. Cette technique consiste en l’assemblage de micro-unités tissulaires sphériques au sein d’une chambre microfluidique, et en le développement d’un réseau de capillaires au niveau des pores interstitiels formés par l’empilement de sphères. Les micro-unités tissulaires sont composées de biopolymères représentatifs de la matrice extracellulaire et contiennent des cellules du tissu d’intérêt. Une couche de cellules endothéliales est développée à la surface de ces microsphères. L’empilement de ces microsphères crée un milieu poreux dans lequel du milieu nutritif est perfusé. Le contrôle de l’écoulement au sein d’une telle structure permet l’application de stimuli physiques influençant l’auto-assemblage des cellules endothéliales en capillaires au sein de l’espace interstitiel de l’empilement.Durant cette thèse, un dispositif de fabrication de microsphères à partir de biopolymères naturels a été développé. La structure formée par les empilements de sphères a été étudiée et les écoulements au sein de tels milieux ont été caractérisés de sorte à appliquer des stimuli physiques contrôlés aux cellules. Un système microfluidique de perfusion, de type bioréacteur, intégrant une chambre de développement a été fabriquée. Une construction tissulaire épaisse a pu être formée au sein de ce système et le développement du réseau vasculaire a été favorisé. La formation du réseau a été montrée par la présence de capillaires sanguins perfusés au sein de la structure. La technique développée promet une application au développement de nombreux tissus et des applications pour des dispositifs d’organes-sur-puces ou d’ingénierie tissulaire.