Étude sur puce de tissus cardiaques et d'endothélium dérivés de hiPSCs et d'organoïdes à base de lignées cellulaires

Study of hiPSC-derived cardiac tissue and endothelium and cell line-based organoids on a chip

• Auteur / Autrice : Xiaochen Huang
• Direction : Yong Chen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 21/09/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Processus d'activation sélectif par transfert d'énergie uni-électronique ou radiatif (Paris ; 1998-2024)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Guilhem Velvé Casquillas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yong Chen, Guilhem Velvé Casquillas, Jean Gamby, Fabien Gosselet, Ayako Yamada
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Gamby, Fabien Gosselet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie analytique

Chimie physique et théorique

Mots clés libres

Organe sur puce

Barrière cellulaire

Impédance électrique

Automatisation

Organ-on-a-chip

Cell barrier

Impedance monitoring

System automation

Résumé

Ce travail a pour but de développer de modèles cardiaques et d'endothélium sur puce à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), complétés par une étude exploratoire d'organoïdes sur puce à base de lignées cellulaires. Premièrement, des cardiomyocytes (CM) dérivés de hiPSCs ont été cultivés sur un dispositif de culture constitué d'une monocouche suspendue de nanofibres de gélatine réticulée. Nous avons constaté que les protéines S du Sars-Cov2-19 pouvaient à elles seules causer des dommages structurels et fonctionnels aux hiPSC-CM. Deuxièmement, des cellules endothéliales dérivées de hiPSCs ont été cultivées sur une membrane basale reconstituée. Elles ont ensuite été intégrés dans un dispositif microfluidique pour une culture automatique et une caractérisation en temps réal de l'impédance électrique sur puce. Nous avons constaté qu'après l'optimisation du protocole, la couche endothéliale est devenue une barrière cellulaire stable et sensible à la fois aux stimuli biochimiques et biophysiques et donc utiles pour les études de la barrière hémato-encéphalique. Troisièmement, nous avons évalué la faisabilité d'utiliser des techniques de membrane pour étudier les organoïdes sur puce. Nous avons constaté que les organoïdes pouvaient être effectivement formés et cultivés sous conditions microfluidiques. Dans l'ensemble, nous avons développé et validé une nouvelle approche sur les organes et les organoïdes sur puce pour la recherche biomédicale ainsi que des applications associées.

This work aimed at development of hiPSC-derived cardiac tissue and endothelium on-a-chip for disease modeling and drug assays, complemented with an explorative study on cell line-based organoids on a chip. Firstly, cardiomyocytes (CM) were derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC) and cultured on a culture device made of a suspended monolayer of gelatin nanofibers. We found that the spike proteins of Sars-Cov2-19 alone may cause structural and functional damages of hiPSC-CMs. Secondly, endothelial cells were derived from hiPSCs and cultured on a culture device made of a reconstituted basement membrane. They were then integrated into a microfluidic device for automatic culture and on-chip real-time electric impedance monitoring. We found that after protocol optimization the endothelial layer became a stable and true cell barrier, which was sensitive to both biochemical and biophysical stimuli and thus useful for blood-brain barrier studies. Thirdly, we evaluated the feasibility of using the membrane techniques for organoids on-a-chip modeling. We found that organoids could be formed and cultured under microfluidic conditions. Overall, we have developed and validated a new approach on organs and organoids on a chip for biomedical research as well as related applications.