Micromanipulation de la niche in vitro des cellules souches embryonnaires : Effets de la rigidité et de la géométrie de l’environnement et différenciation dirigée vers le mésoderme cardiogénique

Micromanipulation of the embryonic stem cell niche : Substrate stiffness, microenvironment geometry and targeted differentiation towards the cardiogenic mesoderm

• Auteur / Autrice : Guillaume Blin
• Direction : Michel Pucéat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 07/10/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Pucéat, John De vos, Manuel Théry, Catherine Picart
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Farge, Laurence Bordenave

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules

Microtechniques

Mots clés libres

Pluripotence

Développement

Nano et microtechnologies

Auto-organisation

Pluripotency

Development

Nano and microtechnologies

Self-organization

Résumé

Le microenvironnement apporte une multitude d'informations aux cellules régulant ainsi leurs fonctions et leur organisation. L'objectif de cette thèse a été de contrôler différents paramètres du microenvironnement cellulaire in vitro afin de moduler l'autorenouvellement et la destinée des cellules souches embryonnaires (CSE).Cette thèse comporte 3 parties. Premièrement, des films de polyélectrolytes multicouches à base de poly(L-lysine) et de hyaluronane ont été utilisés comme substrats modulables. Les propriétés mécaniques ainsi que la chimie des films régulent la proportion de sous-populations de CSE qui reflètent soit le stade masse cellulaire interne, soit le stade épiblaste.Dans un deuxième temps, un équilibre entre l'expression des marqueurs embryonnaires de l'axe proximodistal a été mis en évidence dans la culture de CSE. L'emploi de micro-patrons adhésifs permettant de contrôler la géométrie des colonies a révélé l'importance des contraintes topologiques sur la distribution des cellules exprimant le marqueur proximal Brachyury. Enfin, l'action combinée de BMP2 et de wnt3a mimant l'environnement biochimique du stade tardif de la ligne primitive a permis d'isoler une population pure et très précoce de progéniteurs cardiaques SSEA1+ multipotents.

The microenvironment provides stem cells with numerous pieces of information. Biochemical and mechanical cues synergize to regulate cell function and organization. The aim of this PhD thesis was to control specific microenvironmental parameters to modulate embryonic stem cell (ESC) self-renewal and fate.First, poly(L-lysine) and hyaluronan based polyelectrolyte multilayer films were used as tunable substrates. Both mechanical and chemical properties of the films influenced the balance between ESC subpopulations reflecting different embryonic stages (inner cell mass versus epiblast)Second, a dynamic equilibrium was found between the expression of embryonic proximal and distal markers within ESC culture. The uses of micropatterned substrates to control colony shape uncovered a key role for geometrical constraints in the distribution of Brachyury expression.Last, BMP2 was used together with secreted wnt3a to mimic the late streak stage of the embryo and to trigger the differentiation of pluripotent cells towards the cardiogenic mesoderm. Responsive cells could be sorted out based on SSEA1 expression. This purified population represents the earliest ESC derived multipotent cardiac progenitor population identified to date.