Micro-nano ingénierie pour le contrôle de la croissance de cellules neuronales et l'élaboration d'une bioprothèse cérébrale à base de cellules souches organisées

par Amélie Béduer

Thèse de doctorat en Nano-physique, nano-composants, nano-mesures

Sous la direction de Christophe Vieu et de Isabelle Loubinoux.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les pathologies du système nerveux central sont souvent caractérisées par des pertes de populations cellulaires. Une voie thérapeutique prometteuse en développement consiste à utiliser des biomatériaux bioactifs, associant une greffe de cellules et des biopolymères servant d'échafaudage pour la confection des nouveaux tissus in vitro, implantés in vivo. Dans cette thèse, nous développons une bioprothèse cérébrale qui combine le potentiel régénératif des cellules souches adultes humaines avec un pilotage du comportement de ces cellules par la microtopographie et les nanotubes de carbone. Dans une première partie, dédiée aux études in vitro des interactions entre différents types de cellules neuronales et des indices topographiques, nous montrons que la variation de la géométrie de microsillons créés sur la surface d'un polymère non cytotoxique, le PDMS, permet de déterminer l'architecture des réseaux neuronaux développés. Nous démontrons aussi que les nanotubes de carbone déposés sur des surfaces sous forme de couches constituent un substrat favorable pour le développement des cellules neuronales, et proposons une nouvelle explication de leur rôle dans la culture cellulaire. Dans une deuxième partie, nous utilisons ces résultats pour élaborer une bioprothèse cérébrale pour le rat visant à reconstituer un tissu lésé, dans le cortex moteur responsable de la motricité. L'architecture de la bioprothèse développée intègre les impératifs liés à la culture de cellules souches et liés à la neurochirurgie. Elle est faite en PDMS qui est microstructuré en surface et comporte des cellules souches neurales adultes prédifférenciées en neurones. Nos premiers essais d'implantation chez le rat montrent une récupération fonctionnelle partielle de la motricité des animaux.

  • Titre traduit

    Micro-nano engineering for the control of neuronal cells growth and elaboration of a brain bioprosthesis


  • Résumé

    Brain pathologies are often characterized by cell population losses. One promising therapeutic approach consists in using bioactive biomaterials, combining a cellular graft and biopolymers, acting as scaffold to build new tissues in vitro, which will then be implanted in vivo. In this thesis, we develop a brain bioprosthesis that combines the regenerative role of adult human neural stem cells with the control of cells behavior by microtopography and carbon nanotubes. The first part is dedicated to in vitro experiments that focus on the interactions between various neuronal cell types and topographical cues. We show that topographical patterns generated on a non-cytotoxic polymer (PDMS) strongly influence the development of neuronal networks. We also demonstrate that carbon nanotube thin layers constitute a favorable substrate to culture various types of neuronal cells. We then propose an explanation to further understand the role of carbon nanotubes on neuronal cell growth. The second part is dedicated to the elaboration of a brain bioprosthesis for the rat. The objective of this bioprosthesis is to reconstruct a lost brain tissue located in the primary motor zone of the cortex, which is responsible for the motricity. Brain bioprosthesis development considers all requirements related to stem cell culture and neurosurgery. It is made of microstructured PDMS and incorporates adult stem cells predifferentiated in vitro into neurons and astrocytes. Our first results obtained in vivo show a partial functional recovery of rats after the implantation of the bioprosthesis in the region of an induced brain lesion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (270 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 223-233

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0126
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