3 D bionimetic matrices to design in vitro stem cell niches

par Lara Figueiredo

Thèse de doctorat en Biologie, médecine et santé

Sous la direction de Pierre Weiss et de Gildas Réthoré.

Soutenue le 17-09-2018

à Nantes en cotutelle avec l'University of Nottingham , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (COMUE) .

Le président du jury était Erwan Nicol.

Le jury était composé de Hervé Petite, Raphaël Devillard.

  • Titre traduit

    Matrices biomimétiques 3D pour concevoir des niches de cellules souches in vitro


  • Résumé

    L'ingénierie tissulaire (IT) est un domaine interdisciplinaire de la médecine régénératrice en évolution rapide qui réunit la science des matériaux, le génie biomédical et la biologie cellulaire, dans le but de reconstruire les tissus vivants lors d'une lésion ou d'une perte. Pour cette raison, l’ IT présente un impact important en régénérations cliniques, en augmentant l'offre potentielle de tissus pour les thérapies de transplantation. Le biomatériau support jouant un rôle d’échafaudage est une pièce maîtresse de l’IT, puisqu'il vise à imiter la matrice extracellulaire (ECM) que l'on trouve dans les tissus naturels. Néanmoins, une limitation majeure dans la réalisation de construction associant des biomatériaux à des cellules est le faible transport de l'oxygène et des nutriments et des déchets produits par les cellules. Cette thèse présente les résultats d'une étude sur la diffusion de l'oxygène sur la viabilité cellulaire dans les constructions avec des cellules souches dans un hydrogel renforcé avec des Laponites (argile). L'impact de la diffusion de l'oxygène et des nutriments sur la viabilité cellulaire dans des constructions avec des hydrogels et des cellules souches à plusieurs concentrations est également présenté et discuté. Enfin l'impact sur la diffusion de l'oxygène et la viabilité cellulaire après la création d'un réseau de micro canaux à l'intérieur des constructions d’hydrogels et de cellules souches, par une technique de bioprinting, a été quantifié et constitue la dernière partie du présent travail. Pour conclure, ce travail a montré l’importance de la diffusion de l’oxygène et des nutriments pour la réalisation de constructions complexes pour l’ingénierie tissulaire ou afin de simuler en 3 dimensions la niche cellulaire pour des besoins de modélisation.


  • Résumé

    Tissue engineering (TE) is a rapidly evolving interdisciplinary field that joins together materials science, biomedical engineering and cellular biology, in a quest to reconstruct living tissues upon injury or loss. For this reason TE has the potential to have a large impact in clinical implantations, expanding tissue supply for transplantation therapies. The scaffold is a centrepiece in TE, since it aims to mimic the extracellular matrix (ECM) that is found in natural tissue. Nonetheless, a major constraint in achieving larger constructs has been the lack of means to transport oxygen and waste produced by the cells. The construction of complex structures with an integrated vasculature, with high spatial resolution, is now a reality that opens the door for more complex and larger engineered tissues and organs. This thesis presents the results of a study on the impact on oxygen diffusion and cell viability in stem cell seeded constructs, after biomaterial (hydrogel) mechanical reinforcement with a laponite clay, considered to be of great potential for regenerative medicine. The impact on oxygen and nutrient diffusion and cell viability in stem cell seeded constructs after hydrogel mechanical reinforcement through polymer concentration is also presented and discussed. The impact on oxygen diffusion and cell viability after the creation of a microchannel network inside stem cell constructs, through a bioprinting technique, was quantified and constitutes the last part of the present work.


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