Élaboration et caractérisation de structures tridimensionnelles pour l'ingénierie tissulaire, Elaboration and characterization of three dimensional structures for tissue engineering

Cédryck Vaquette

Description

Sous la direction de Xiong Wang
Thèse soutenue le 18 janvier 2008: INPL
L’ingénierie tissulaire est un domaine pluridisciplinaire visant l’élaboration de prothèses biologiques autologues. Dans cette stratégie, la fabrication de structures, appelées scaffolds, utilisées pour la culture cellulaire est nécessaire. Nous avons développé plusieurs méthodes de fabrication de ces structures tridimensionnelles. La première méthode (solvant casting/particulate leaching out) utilisant une solution de polymère et des particules sphérolisées de glucose comme porogène, permet l’obtention de structures possédant des pores sphériques et bien interconnectés. Nous avons montré que ces scaffolds sont biocompatibles et que leurs propriétés mécaniques en compression peuvent être ajustées. La seconde méthode, l’electrospinning, permet la fabrication de membranes fibreuses biocompatibles, dont le diamètre des fibres peut être contrôlé (de 800 nm à plusieurs micromètres). La troisième méthode de fabrication consiste à tricoter des fils de suture, élaborant ainsi des matrices hautement poreuses, dont le comportement en traction est similaire, dans sa forme, à celui d’un tendon ou d’un ligament. En couplant le procédé de tricotage et celui d’electrospinning, il est possible de construire des scaffolds, où des microfibres alignées sont déposées sur la surface des structures tricotées. Ce procédé innovant autorise un ensemencement cellulaire facile et efficace des scaffolds et nous avons montré que les cellules s’orientent spontanément selon la direction des fibres, imitant ainsi la morphologie des tendons et des ligaments. Dans une future utilisation, dans un bioréacteur appliquant de la traction-torsion cyclique, les microfibres vont pouvoir transmettre les déformations aux cellules et stimuler la synthèse de la matrice extracellulaire
-Ingénierie tissulaire
-Ligament
-Biopolymère
-Electrospinning
-Scaffolds
Tissue engineering is a pluridisciplinary domain aiming at elaborating biological autologous prosthesis. In this strategy, the fabrication of structures, called scaffolds, used for cell culture is necessary. We developed several fabrication techniques of these three-dimensional structures. The first technique (solvent casting/particulate leaching out), involving a polymer solution and spherolized glucose particles, allows the elaboration of scaffolds, owing spherical and well interconnected pores. We showed that the scaffolds are biocompatible and that their mechanical properties in compression can be adjusted. The second technique, electrospinning, leads to the elaboration of biocompatible fibrous membranes whose fiber diameter can be controlled from 800 nm to several micrometers. The third technique of scaffold fabrication proceeds by the elaboration of knitted scaffolds from suture threads. The knitted scaffolds are highly porous and their tensile behavior is similar, in its shape, to the ligaments and tendons stress-strain curves. Using knitting and electrospinning, it has been possible to fabricate knitted scaffolds where aligned microfibers are deposited on their surface. This innovative process allows an easy and efficient cell seeding and we showed that cells are orientated along the fibers, mimicking thus tendons and ligaments morphology. In the future, theses scaffolds will be used in a bioreactor where cyclic traction and torsion will be applied. The aligned microfibers will be able to fully transmit the deformation to the cells, stimulating by this mean the extracellular matrix synthesis
-Tissue engineering
-Electrospinning
-Biopolymer
-Scaffolds
-Ligament
Source: http://www.theses.fr/2008INPL002N/document

Sujets

• Biopolymère

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 125
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 26 Mo

Extrait

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Institut National
Polytechnique de Lorraine Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée
Ecole doctorale EMMA


Elaboration et caractérisation de
structures tridimensionnelles pour
l’ingénierie tissulaire

THÈSE

Soutenue publiquement le 18 janvier 2008
Pour l’obtention du

Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
(spécialité Mécanique et Energétique)

par

Cédryck VAQUETTE
Ingénieur EEIGM

Composition du jury
Rapporteurs : Christian Oddou, Professeur, Universités de Paris 7, 12 et 13, B2OA Véronique
Migonney, Professeur, Université de Paris 13, LBPS
Examinateurs : Valéry Babak, Professeur, Russian Academy of Science, INEOS RAS, Moscou
Rachid Rahouadj, Maître de Conférences, Nancy-Université, INPL, LEMTA
Marie-Laure Viriot, Directeur de Recherche CNRS, Nancy-Université, DCPR, ENSIC
Xiong Wang, Professeur, Nancy-Université, UHP, LEMTA (Directeur de thèse)
Membre invité : Céline Frochot, Chargée de Recherche CNRS, Nancy-Université, DCPR, ENSIC
Résumé
L’ingénierie tissulaire est un domaine pluridisciplinaire visant l’élaboration de prothèses
biologiques autologues. Dans cette stratégie, la fabrication de structures, appelées scaffolds,
utilisées pour la culture cellulaire est nécessaire. Nous avons développé plusieurs méthodes de
fabrication de ces structures tridimensionnelles.
La première méthode (solvant casting/particulate leaching out) utilisant une solution de
polymère et des particules sphérolisées de glucose comme porogène, permet l’obtention de
structures possédant des pores sphériques et bien interconnectés. Nous avons montré que ces
scaffolds sont biocompatibles et que leurs propriétés mécaniques en compression peuvent être
ajustées.
La seconde méthode, l’electrospinning, permet la fabrication de membranes fibreuses
biocompatibles, dont le diamètre des fibres peut être contrôlé (de 800 nm à plusieurs
micromètres).
La troisième méthode de fabrication consiste à tricoter des fils de suture, élaborant ainsi des
matrices hautement poreuses, dont le comportement en traction est similaire, dans sa forme, à
celui d’un tendon ou d’un ligament. En couplant le procédé de tricotage et celui
d’electrospinning, il est possible de construire des scaffolds, où des microfibres alignées sont
déposées sur la surface des structures tricotées. Ce procédé innovant autorise un
ensemencement cellulaire facile et efficace des scaffolds et nous avons montré que les cellules
s’orientent spontanément selon la direction des fibres, imitant ainsi la morphologie des
tendons et des ligaments. Dans une future utilisation, dans un bioréacteur appliquant de la
traction-torsion cyclique, les microfibres vont pouvoir transmettre les déformations aux
cellules et stimuler la synthèse de la matrice extracellulaire.

Mots clés : Ingénierie tissulaire, scaffolds, electrospinning, biopolymère, ligament.

Abstract
Tissue engineering is a pluridisciplinary domain aiming at elaborating biological autologous
prosthesis. In this strategy, the fabrication of structures, called scaffolds, used for cell culture
is necessary. We developed several fabrication techniques of these three-dimensional
structures.
The first technique (solvent casting/particulate leaching out), involving a polymer solution
and spherolized glucose particles, allows the elaboration of scaffolds, owing spherical and
well interconnected pores. We showed that the scaffolds are biocompatible and that their
mechanical properties in compression can be adjusted.
The second technique, electrospinning, leads to the elaboration of biocompatible fibrous
membranes whose fiber diameter can be controlled from 800 nm to several micrometers.
The third technique of scaffold fabrication proceeds by the elaboration of knitted scaffolds
from suture threads. The knitted scaffolds are highly porous and their tensile behavior is
similar, in its shape, to the ligaments and tendons stress-strain curves. Using knitting and
electrospinning, it has been possible to fabricate knitted scaffolds where aligned microfibers
are deposited on their surface. This innovative process allows an easy and efficient cell
seeding and we showed that cells are orientated along the fibers, mimicking thus tendons and
ligaments morphology. In the future, theses scaffolds will be used in a bioreactor where cyclic
traction and torsion will be applied. The aligned microfibers will be able to fully transmit the
deformation to the cells, stimulating by this mean the extracellular matrix synthesis.

Keywords: Tissue engineering, scaffolds, electrospinning, biopolymer, ligament.








A mon Grand-Père

A la mémoire de Luc Marchal

« Sitôt qu'un être humain obtient un PH.D.,
il se produit un phénomène étrange dans
son cerveau qui fait qu'il devient incapable
de prononcer les deux phrases suivantes :
"Je ne sais pas" et "Je me suis trompé". »

James Randi Remerciements

Un travail de recherche ne se fait jamais seul, et surtout dans le domaine de l’ingénierie
tissulaire, il est nécessaire de collaborer avec des personnes aux savoirs et aux parcours très
différents. J’ai été amené à travailler dans plusieurs laboratoires, certains à la Faculté de
Médecine de Nancy, d’autres à l’ENSIC, et bien évidemment au LEMTA.
C’est pourquoi je voudrais par ces quelques phrases, remercier les personnes qui m’ont aidé à
réaliser les travaux qui sont présentés dans ce mémoire.

Je tiens à remercier en premier lieu, Xiong Wang, mon directeur de thèse, pour m’avoir
trouver un financement et pour la grande liberté qu’il m’a laissée, me permettant ainsi de
tester diverses techniques.
Je voudrais exprimer ma gratitude à Véronique Migonney, Directrice du Laboratoire de
Biomatériaux et Polymères de Spécialité, et à Christian Oddou pour avoir accepté d’être les
rapporteurs de ma thèse.
Ma reconnaissance va aussi à Valéry Babak de l’Institut A. Nesmeyanov de l’Académie des
Sciences de Russie pour sa gentillesse, ses idées et pour le travail que nous avons effectué
ensemble.

DCPR
Je souhaiterais exprimer ma profonde gratitude au personnel du Département de Chimie
Physique des Réactions (DCPR, Nancy-Université) qui m’a très gentiment et aimablement
accueilli pendant ces trois ans. Mes remerciements s’adressent tout particulièrement à trois
personnes de ce laboratoire :
Marie-Laure Viriot, pour m’avoir permis d’effectuer mes recherches au DCPR, pour la
minutieuse correction de ce mémoire, et pour avoir accepté de faire partie des membres du
jury ; Marie-Laure, encore une fois mille mercis.
Gabriel Wild, pour m’avoir permis de continuer mes recherches au DCPR, et pour les
corrections qu’il a apportées à certains articles.
Céline Frochot, ma « tutrice » au DCPR, pour son amitié, ses conseils avisés, son
écoute, ses corrections et son soutien : Céline, je te remercie du fond du cœur.