Ingénierie tissulaire et reconstruction de la voie de sortie du coeur droit : sélection du polymère et de la technique de biofonctionnalisation

par Margaux Pontailler

Thèse de doctorat en Interdisciplinaire

Sous la direction de Philippe Menasché.

Soutenue le 21-10-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Olivier Raisky.

Le jury était composé de Philippe Menasché, Olivier Raisky, Onnik Agbulut, Bertrand Leobon, David Kalfa, Emré Belli, Hervé Petite, Jérôme Larghero.

Les rapporteurs étaient Onnik Agbulut, Bertrand Leobon.


  • Résumé

    Environ 42% de la mortalité infantile dans le monde résulte des cardiopathies congénitales. Un tiers de ces cardiopathies nécessitent la reconstruction de la voie de sortie du cœur droit par des procédures chirurgicales utilisant des dispositifs inertes sans potentiel de croissance. Par conséquence, des réinterventions, parfois nombreuses, sont nécessaires, avec une importante morbi-mortalité. Le projet européen TEH-TUBE a pour objectif de créer un nouveau dispositif implantable de reconstruction de la voie de sortie du cœur droit, sous la forme d’un tube valvé en polymère biorésorbable biofonctionnalisé, afin de permettre la reconstruction in vivo d’une néo-voie de sortie du cœur droit autologue, vivante et douée d’un potentiel de croissance. Ce projet consiste tout d’abord à sélectionner le meilleur couple polymère/biofonctionnalisation en comparant in vitro et in vivo dans modèle expérimental de petit animal différents polymères et techniques de biofonctionnalisation. Dans l’intervalle, le design du tube valvé sera évalué afin de confectionner un dispositif compétent et continent en position de voie de sortie du cœur droit. Une fois ces deux étapes abouties, le tube valvé produit en fonction du couple polymère/biofonctionnalisation préalablement sélectionné sera testé dans un modèle de gros animal en croissance, i.e. l’agneau, afin d’analyser les capacités de régénération in vivo, de compétence hémodynamique et de potentiel de croissance du dispositif. Afin de mettre en place les protocoles de comparaison des polymères et de la biofonctionnalisation, nous avons sélectionné trois polymères biorésorbables de grade non clinique : un polyuréthane [PU], un polyhydroxyalkanoate (le poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate-co-4-hydroxyvalerate) [PHBVV]), et le polydioxanone [PDO]), ainsi que deux techniques de biofonctionnalisation, par ensemencement de cellules souches de tissu adipeux (adipose-derived stem cells [ADSCs]) ou par greffe peptidique de RGD. Ces polymères ont été testés in vitro (prolifération et viabilités cellulaires d’ADSC ensemencées) et in vivo après la mise en place d’un modèle expérimental de remplacement partiel de veine cave inférieure (VCI) chez 53 rats Wistar (comparaison des trois polymères) et 31 rats imuno-déficients nude (comparaison du meilleur polymère biofonctionnalisé par ADSC ou RGD). Les résultats ont été analysés par cytométrie en flux, test de viabilité cellulaire au MTT, imagerie, histologie, immunohistochimie et ELISA. Le PDO a montré les meilleures propriétés in vitro en termes de viabilité et prolifération cellulaire et a été sélectionné pour l’étape de comparaison des biofonctionnalisation. Six semaines après implantation sur la VCI, les imageries réalisées n’ont pas retrouvé de sténose, de dilatation ou de thrombose au niveau des sites d’implantation des patchs. A trois mois, tous les polymères présentaient une couche continue de cellules endothéliales mais seuls le PDO et le PHBVV présentaient une couche continue de cellules musculaires lisses. Le PU était le siège d’une réaction inflammatoire granulomateuse importante. La comparaison des techniques de biofonctionnalisation par ADSC et RGD n’a pas montré de différence significative, avec une reconstruction de la VCI par un néo-tissu similaire à une paroi de VCI native. Cette première partie a permis non seulement de valider les protocoles in vitro de comparaison des polymères et de mettre au point un modèle animal fiable et reproductible, mais aussi de montrer qu’une biofonctionnalistion peptidique peut être aussi efficace qu’une biofonctionnalisation cellulaire, permettant d’éviter la culture cellulaire et l’ensemencement des dispositifs, potentiellement sources de contamination et de fabrication plus compliquée (...).

  • Titre traduit

    Tissue engineering and right ventricular ouflow tract reconstruction : selection of the polymer and the biofunctionnalization technique


  • Résumé

    Approximately 42% of infant mortality in the world is due to congenital heart diseases (CHD). One third of these CHD require surgical reconstruction of the right ventricular outflow tract (RVOT). Actual available devices for RVOT reconstruction are inerts without growth potential. Therefore, reinterventions are inevitable with a subsequent morbi-mortality.The European TEH TUBE project aims to create a new implantable device for RVOT reconstruction, a bioresorbable polymeric biofunctionnalized valved tube, to allow in vivo reconstruction of a living autologous neo-RVOT with a growth potential. This project aims to select the best polymer/biofunctionnalization couple by comparing in vitro and in vivo in a rat animal model different polymers and biofunctionnalization techniques. In the meantime, the design of the valved tube will be evaluated to produce a competent and continent device for RVOT replacement. Once these two steps will be complete, a valved tube made of the selected polymer/biofunctionnalization couple will be tested in a growing big animal model, i.e. in lambs, to analyse its in vivo regeneration potential, hemodynamic competences and growth potential. Three non-clinical grade bioresorbable polymers : a polyurethane [PU], a polyhydroxyalkanoate (poly(3-hydroxybutyrate-co-3- hydroxyvalerate-co-4-hydroxyvalerate) [PHBVV]), and the polydioxanone [PDO]), and two biofunctionnalization techniques, either by cell seeding of adipose-derived stem cells (ADSC) or by peptide grafting (RGD) were selected to implement the experimental protocol. Polymers were tested in vitro (cellular viability and proliferation of seeded ADSC) and in vivo after implementing an experimental model of partial replacement of the inferior vena cava (IVC) in 53 Wistar rats (polymer comparison) and 31 immuno-deficient nude rats (comparison of biofunctionnalization with ADSC or RGD on the selected polymer). Results were analysed using flow cytometry, cellular viability with the MTT test, imaging, histology, immunohistochemistry and ELISA.PDO displayed the best in vitro properties in terms of cellular viability and proliferation and was selected for the biofunctionnalization comparison step. Six weeks after implantation, imaging of the implanted IVC revealed no stenosis, dilatation or thrombosis in the area of patch implantation. At three months, all polymers presented with a continuous layer of endothelial cells but only PDO and PHBVV polymer had a continuous layer of smooth muscle cells. An important inflammatory granulomatous reaction was encountered with the PU. Comparison of biofunctionnalization by either ADSC or RGD failed to detect any significative difference, with an IVC reconstruction similar to the native IVC architecture.This first part did not only allow to validate both in vitro and in vivo experimental protocols, and implement a reproducible animal model, but also allowed to reveal that peptide biofunctionnalization can be as efficient as cellular biofunctionnalization. This will allow us to avoid cell therapy and cell seeding for the device biofunctionnalization, as it can be source of contamination and harder to produce. The methodological tools thus defined were then used for the next step. As to preserve the required confidentiality of the TEH TUBE project, selection criteria of the clinical grade bioresorbable polymers and their exact composition will not be revealed, and the polymers will be anonymized. Ninety Wistar rats underwent a partial replacement of the IVC, and were distributed in 3 polymer groups of 30 animals each : polymer A, polymer B and polymer C. Five rats of each polymer group were sacrificed two weeks after implantation, the other specimen at 3 months after receiving an imaging of the operated IVC by Doppler echography. No significative stenosis or dilatation was found by echographic examination (...).

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris Descartes-Bibliothèque électronique. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.