Études des réseaux neuronaux dérivés des cellules souches pluripotentes humaines dans un système des organes sur puce sous conditions micro-physiologiques

par Boxin Huang

Projet de thèse en Chimie Analytique

Sous la direction de Yong Chen et de Ayako Yamada.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec PROCESSUS D'ACTIVATION SELECTIVE PAR TRANSFERT D'ENERGIE UNI-ELECTRONIQUE OU RADIATIF (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2018 .


  • Résumé

    Les cellules souches pluripotentes (CSPs) ont le potentiel de se différencier en tout type de cellules présentes chez l'adulte, ce qui en fait un outil de choix pour de nombreuses études et applications avancés. Pour promouvoir ces études et applications, de nouvelles techniques de culture et de différentiation ainsi que des nouveaux dispositifs et des nouveau procédé de réalisation doivent être inventés en raison de l'exigence des CSPs, qui nécessitent un contrôle strict de l'organisation de la matrice extracellulaire, des facteurs solubles ainsi que de l'interaction cellule-cellule. Nous avons récemment mis au point un nouveau type de dispositif de culture consistant en monocouche de nanofibres de gélatine sous forme de patch pouvant être utilisé pour différencier les CSP humains en cardiomyocytes, neurones, etc. De tels dispositifs sont avantageux pour le plug-and-play caractérisation électrophysiologique et l'intégration dans un système microfluidique. Le but de cette thèse est de développer un modèle in vitro pour des études biochimiques et biophysiques des systèmes neuronaux, en utilisant i) des monocouches de nanofibres en tant que matrice extracellulaire de type in vivo , ii) des CSP humaines induites pour produire des neurones et des cellules gliales afin de former des réseaux tri-dimensionnels de neurones fonctionnels, iii) des matrices de microélectrodes pour coder et décoder des signaux neuronaux, et iv) des dispositifs d'intégration microfluidique pour créer des conditions microphysiologiques. En conséquence, des sujets avancés tels que l'interaction neuronale, la plasticité et les effets des médicaments seront abordés.

  • Titre traduit

    In vitro studies of neuronal processing using differentiated human pluripotent stem cells and organ on-a-chip systems under microophysiological conditions


  • Résumé

    Pluripotent stem cells (PSCs) hold high potential for disease modelling, drug screening and therapeutic regeneration. To promote these applications, new culture devices and new engineering techniques have to be invented because of the high exigence of the related culture conditions, which require a tight control of extracellular matrix organization, soluble factors as well as cell-cell interaction. We recently developed a new type of culture device which consists of monolayer gelatin nanofibrous in a patch form that can be used to differentiate human PSCs to cardiomyocytes, motor neurons, etc. We also showed that such as devices are advantageous for plug-and-play electrophysiology characterization and microfluidic device integration. The purpose of this thesis work is to develop an in vitro model for biochemical and biophysical studies of neuronal systems, by using i) monolayer nanofibers as in vivo-like extracellular matrix, ii) human iPSCs to produce neurons and neuron sub-types to form 3D functional neuron networks, iii) microelectrode arrays to code and decode neuronal signals, and iv) microfluidic integration devices to create microphysiological conditions. Consequently, advanced topics such as neuronal processing, plasticity and drug effects will be addressed.