Effet de la pré-vascularisation organisée par Bioimpression Assistée par Laser sur la régénération osseuse

Effect of prevascularization designed by Laser-Assisted Bioprinting on bone regeneration

• Auteur / Autrice : Olivia Kérourédan
• Direction : Raphaël Devillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 11/03/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bioingénierie tissulaire
• Jury : Président / Présidente : Youssef Haïkel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamza Chraïbi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Chaussain-Miller, Fabienne Pérez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioimpression

Progéniteurs endothéliaux circulants

Génie tissulaire

Mots clés libres

Ingénierie tissulaire osseuse

Biofabrication

Bioimpression assistée par laser

Vascularisation

Progéniteurs endothéliaux

Cellules souches issues de la papille apicale

Bone tissue engineering

Biofabrication

Laser-Assisted bioprinting

Vascularization

Endothelial progenitors

Stem cells from the apical papilla

Résumé

Afin de résoudre la problématique des substituts osseux faiblement vascularisés, un des challenges majeurs en ingénierie tissulaire osseuse est de favoriser le développement précoce d’une microvascularisation. La reproduction du microenvironnement local et l’organisation cellulaire in situ sont des approches innovantes pour optimiser la formation osseuse. En Biofabrication, la Bioimpression Assistée par Laser (LAB) est une technologie émergente permettant l’impression de cellules et de biomatériaux avec une résolution micrométrique. L’objectif de ce travail était d’étudier l’effet de l’organisation de la pré-vascularisation par LAB sur la régénération osseuse. La station de bioimpression Novalase a été utilisée pour imprimer des motifs de cellules endothéliales sur un « biopaper » constitué de collagène et de cellules souches issues de la papille apicale. Les paramètres d’impression, densités cellulaires et conditions de recouvrement ont été optimisés afin de favoriser la formation d’un réseau microvasculaire avec une architecture définie in vitro. Ce modèle a ensuite été transposé in vivo, grâce à la bioimpression in situ de cellules endothéliales au niveau de défauts osseux critiques chez la souris, afin d’évaluer si la prévascularisation organisée par LAB permettait de promouvoir et contrôler spatialement le processus de régénération osseuse. Les résultats ont montré que la bioimpression permettait d’augmenter la densité de vaisseaux dans les défauts osseux et de favoriser la régénération osseuse.

In order to solve the issue of poorly vascularized bone substitutes, development of a microvasculature into tissue-engineered bone substitutes represents a current challenge. The reproduction of local microenvironment and in situ organization of cells are innovating approaches to optimize bone formation. In Biofabrication, Laser-Assisted Bioprinting (LAB) has emerged as a relevant method to print living cells and biomaterials with micrometric resolution. The aim of this work was to study the effect of prevascularization organized by LAB on bone regeneration. The laser workstation Novalase was used to print patterns of endothelial cells onto a « biopaper » of collagen hydrogel seeded with stem cells from the apical papilla. Printing parameters, cell densities and overlay conditions were optimized to enhance the formation of microvascular networks with a defined architecture in vitro. This model was then transposed in vivo, through in situ bioprinting of endothelial cells into mouse calvarial bone defects of critical size, to investigate if prevascularization organized by LAB can promote and spatially control bone regeneration. The results showed that bioprinting allowed to increase blood vessel density in bone defects and promote bone regeneration.