Intégration d'un bioréacteur à lit fluidisé dans un circuit extracorporel monitoré

Integration of the fluidized bed bioreactor in an extracorporeal circulation device

• Auteur / Autrice : Sarah Figaro
• Direction : Cécile Legallais, Dominique Pouchoulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique, Bio-Ingénierie
• Date : Soutenance le 30/06/2015
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomécanique et Bioingéniérie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Organes artificiels

Réacteurs à lit fluidisé

Bioréacteurs

Alginates

Microencapsulation

Génie tissulaire

Hépatocytes

Greffe

Foie

Foie -- Transplantation

Mots clés libres

Foie bioartificiel

Ingénierie tissulaire

Sphéroïdes

Etude préclinique

Bioartificial liver

Hepatic cells

Tissue engineering

Bioreactors

Artificial organ

Fluidized bed

Microencapsulation

Alginate

Spheroids

Preclinical study

Résumé

La nécessité de nouveaux modes de suppléance hépatique se fait clairement ressentir pour maintenir en vie les patients en attente d’une greffe. Des traitements, basés sur l’utilisation de cellules cultivées dans un environnement adéquat, pourraient même permettre le rétablissement de certains patients en insuffisance hépatique sévère et ainsi éviter la greffe et les traitements immunosuppresseurs associés. Une suppléance hépatique efficace pourrait aussi servir au rétablissement des patients récemment greffés ou ayant subi une hépatectomie. L’objectif de cette thèse a été de développer, créer et valider un nouveau foie bioartificiel avec une prise en compte des contraintes réglementaires des médicaments combinés de thérapie innovante. Ce BAL doit pouvoir inclure des bioréacteurs à lit fluidisé perfusés par du plasma et contenant des sphéroïdes d’hépatocytes encapsulés. Des microparticules de verre, ajoutés aux billes d’alginate pour les alourdir, permettent d’obtenir une fluidisation optimale dans du plasma pathologique sans que des effets délétères ne soient observables ni pour les cellules ni pour les propriétés mécaniques des billes. Une méthode de culture cellulaire utilisant un revêtement anti-adhérent sur des boites de Petri en verre permet de produire un nombre important de sphéroïdes viables in vitro. Ces sphéroïdes encapsulés peuvent être maintenus vivants et métaboliquement actifs dans un bioréacteur à lit fluidisé pendant au minimum 4 jours.Pour assurer l’efficacité du BAL et la sécurité des patients, une circulation extracorporelle complexe a été mise au point pour être compatible avec une machine d’épuration extracorporelle commerciale, la Prismaflex® de la société Gambro, déjà utilisée en soins intensifs. Une étude préclinique sur un modèle ovin a montré que le traitement était bien toléré en ce qui concerne les aspects hémodynamiques. La prochaine étape concerne la mise en place d’une étude dans un modèle porcin d’insuffisance hépatique, avant de pouvoir procéder aux premiers essais cliniques.

The need for new liver support devices is clearly felt to allow keeping alive patients waiting for a transplant. Treatments, based on the use of cells cultured in an adequate environment, may even allow the recovery of some patients suffering from acute liver failure and avoid graft and associated immunosuppressive therapies. A hepatic substitution could also be used to reestablish patients recently transplanted or who had underwent an hepatectomy.. The objective of the thesis was to design, create and validate of a new bioartificial liver with consideration for the regulatory requirements of the Advanced Therapies Medical Product (ATMP). This device has to include fluidized bed bioreactors perfused with plasma and hosting alginate-encapsulated hepatocytes spheroids. Microparticles of glass have been added to weight down alginate beads in order to have an optimal fluidization in pathological plasma without negative effects neither on cells metabolism nor on mechanical properties of the beads. A cellular culture method using non adhesive coating in Petri dish led to the production of a large amount of viable spheroids in vitro. These encapsulated spheroids can be kept alive and metabolically active in a fluidized bed bioreactor during a minimum of four days. To ensure the efficacy of the BAL and the safety of patients, a complex extracorporeal circulation was designed to be compatible with a commercial medical device, the Prismaflex® monitor of the company Gambro, already used in intensive care units. A preclinical study on sheeps has shown that the treatment was well tolerated in terms of hemodynamics considerations. The next step is the establishment of a study in a porcine model of liver failure, before we can proceed to the first clinical trial.