Microencapsulation of hepatic cells for extracorporeal liver supply

par Vittoria Pandolfi

Thèse de doctorat en Biomécanique, Bio-Ingénierie

Sous la direction de Cécile Legallais.

Soutenue le 17-03-2016

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Biomécanique et Bioingéniérie (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Microencapsulation de cellules hépatiques pour la suppléance extracorporelle du foie


  • Résumé

    Aujourd’hui, la transplantation est le seul traitement efficace proposé aux patients souffrant d’une insuffisance hépatique fulminante. La nécessité de disposer d’un système de suppléance hépatique transitoire apparaît donc indispensable. C’est dans cet axe que se sont développés les systèmes qualifiés de foies bio artificiels (BAL). Leur principale caractéristique est d’incorporer un bioréacteur hébergeant des cellules pouvant restaurer l’activité hépatiques dans son ensemble. A l’heure actuelle, les hépatocytes primaire humains (HEP) issus de foies de donneurs non transplantables sont considérées comme le meilleur choix. Cependant, leur utilisation reste limitée par leur faible disponibilité et la difficulté à les maintenir différenciés en culture in vitro. Pour remédier à ce dernier point, l’approche la plus prometteuse semble être une co-culture des hépatocytes avec les cellules non parenchymateuses afin de recréer un environnement proche des sinusoïdes hépatiques. Ce travail de thèse repose sur la mise en place d’une nouvelle approche de co-culture tridimensionnelle sous la forme de sphéroïdes, d’HEP primaires avec les principaux types de cellules non-parenchymateuses (les cellules de Kupffer, les cellules endothéliales et les cellules étoilées) selon des proportions spécifiques. Puis de leurs encapsulations dans des billes d’alginate et leurs cultures au sein d’un bioréacteur à lit fluidisé. Ce modèle s’est révélé pertinent et approprié à maintenir les fonctions hépatiques dans le temps. Bien que beaucoup d’optimisation reste à définir, ce travail exploratoire témoigne de l’intérêt de cette approche intéressante pour le progrès des systèmes BAL.


  • Résumé

    Liver shortage makes transplantation inapplicable to all acute liver failure patients. Bioartificial Iiver (BAL) devices represent a temporary solution for these patients which are thereby bridged tilt Iiver transplantation or regeneration BAL treatment offers blood purification and substitution of metabolic functions through the activity of hepatocytes (HEPs), which are integrated in the device within acclimating containers, so-called bioreactors. Primary human hepatocytes are the ideal cell type to use in BAL, but they are scarcely available and difficult to maintain in vitro. Co-culture of HEPs with supporting cells has been proposed as the most promising strategy for preserving HEP behaviors in in vitro conditions. In fact, assisting cells types hold their ability to influence functional responses of the HEPs by providing them with cues of the native organ.This PhD work proposed a novel approach of co-culture for the functional sustain and preservation of the HEPs in the environment of the fluidized bed bioreactor (designed in our Iaboratory). Definition of this model took inspiration from the cellular organization in the organ; therefore, it employed three major sinusoidal non-parenchymal cell populations (liver sinusoidal, Kupffer, and hepatic stellate cells) which, together with HEPs, were cultured with three-dimensional arrangement (spheroids) and according to specific proportions. The resulting model was characterized in terms of functional benefits for the HEPs, and then applied in the microenvironment of alginate beads, which provide cells with immunological and mechanical protection in the fluidized bed bioreactor. This spheroidal multi-cultured model revealed its potentiality in sustaining in vitro HEP behaviors over time. Although much remains to be refined, this model may represent an interesting approach for the progress of BAL


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