Analyse quantitative des propriétés mécaniques des tissus pulmonaires sains et cancéreux pour la conception de substrats de culture mécano-mimétiques

Quantitative analysis of the mechanical properties of healthy and cancer lung tissue for thedesign of mechano-mimetic culture substrates

• Auteur / Autrice : Fabien Delebosse
• Direction : Alice Nicolas, Camille Migdal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des technologies de la microélectronique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Gregory Chagnon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlotte Rivière, Claude Verdier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Malaquin, Alessandro Furlan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie tissulaire

Poumon -- Maladies

Transduction du signal cellulaire

Cancérologie

Mots clés libres

Oncologie

Élasticité

Pulmonaire

Mecanotransduction

Biophysique

Afm

Biophysics

Elasticity

Pulmonary

Mechanosensitivity

Afm

Oncology

Résumé

Les propriétés mécaniques des tissus (animal et humain) sont de plus en plus reconnues comme des facteurs déterminants dans la progression de nombreuses maladies, y compris le cancer. Par conséquent, les tests in vitro réalisés sur des substrats qui imitent les propriétés mécaniques du tissu d'intérêt devraient gagner en pertinence par rapport à ceux effectués sur des plaques de culture en plastique rigide. Cette thèse explore les propriétés mécaniques des tissus pulmonaires normaux et d'adénocarcinomes de 18 patients et conçoit des substrats de culture mécano-mimétiques pour étudier les réponses cellulaires. La microscopie à force atomique est utilisée en indentation pour caractériser la rigidité des tissus à l'échelle microscopique. Une nouvelle méthodologie est développée pour extraire des descripteurs statistiques de la texture de rigidité des tissus. Ces paramètres sont ensuite utilisés pour créer des substrats souples adaptés à la culture cellulaire avec une texture de rigidité mimétique. De plus, une analyse est menée pour évaluer la corrélation entre la rigidité et la composition tissulaire. Des hydrogels de polyacrylamide à texture de rigidité ont ensuite été fabriqués par photolithographie à niveau de gris, à l’aide de masques qui intègrent les paramètres géométriques de la texture mécanique des tissus et la réponse de la solution photosensible aqueuse de monomères. En outre, la culture de cellules A549 sur des hydrogels mécano-mimétiques fonctionnalisés a révélé l'influence de la texture de rigidité du substrat sur la prolifération et la migration cellulaire. En développant une plateforme mécano-mimétique polyvalente qui imite les microenvironnements mécaniques physiologiques ou pathologiques, cette thèse fournit les bases de nouvelles avancées dans le développement de supports in vitro pour la culture cellulaire avec une physiologie améliorée, avec un bénéfice attendu pour l'accélération de la découverte de médicaments pour un large éventail de maladies.

The mechanical properties (of animal) and human tissues are increasingly recognized as driving factors in the progression of many diseases, including cancer. Therefore in vitro tests performed on substrates that mimic the mechanical properties of the tissue of interest are expected to gain in relevance over those performed on stiff, plastic culture plates. This thesis investigates the mechanical properties of lung normal and adenocarcinoma tissues from 18 patients and designs mechano-mimetic culture substrates for studying cellular responses. Indentation-type AFM is used to characterize tissue stiffness at the microscale. A novel methodology is developed to extract statistical descriptors of the stiffness texture of the tissues. These parameters are then used to engineer soft substrates suitable for cell culture with mimetic stiffness texture. In addition, an analysis is carried out to assess the correlation between stiffness and tissue composition. Stiffness-textured polyacrylamide hydrogels were then fabricated by graylevel photolithography, using designed masks that either integrate the geometrical parameters of the mechanical texture from the tissues and the response of the aqueous photosensitive solution of monomers. Furthermore, culturing A549 cells on these functionalized mechano-mimetic hydrogels revealed the influence of substrate textured rigidity on cell proliferation and migration. By developing a versatile mechano-mimetic platform that emulates physiological or pathological mechanical microenvironments, this thesis lays the groundwork for new advances in the development of in vitro supports for cell culture with enhanced physiology, with an expected benefit for accelerating drug discovery for a wide range of diseases.