Evaluation de la contribution d'une hémoglobine marine dans la culture cellulaire et dans la cellularisation de substituts osseux et méniscaux par des cellules souches mésenchymateuses

Evaluation of the contribution of marine hemoglobin in cell culture and in the cellularization of bone and meniscal substitutes by mesenchymal stem cells

• Auteur / Autrice : Fiona Le Pape
• Direction : Cédric Le Maréchal, Franck Zal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie - santé
• Date : Soutenance le 21/01/2016
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, génomique fonctionnelle et biotechnologies (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Guicheux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Le Maréchal, Franck Zal, Jérôme Guicheux, Hervé Petite, Danièle Noël, Pascal Delépine, Frédéric Dubrana, Xavier Holy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Petite, Danièle Noël

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie tissulaire

Cellules stromales mésenchymateuses

Oxygène dans l'organisme

Cultures cellulaires

Mots clés libres

Culture cellulaire

Transporteur d’oxygène

Ingénierie tissulaire

Cellules souches mésenchymateuses

Prolifération cellulaire

Cell culture

Oxygen carrier

Tissue engineerin

Mesenchymal stem cells

Cell proliferation

Résumé

Ce travail de thèse avait pour objectif le développement de systèmes de culture cellulaire, en 2D et en 3D, en mettant à profit les propriétés d’un transporteur d’oxygène marin, HEMOXCell®. Notre approche générale était articulée selon deux grands axes : un premier concernant l’évaluation de l’utilisation d’HEMOXCell® dans la culture de deux modèles cellulaires, et un second, utilisant les résultats obtenus à des fins d’ingénierie tissulaire. Dans le premier axe, l’évaluation de l’effet dose-réponse d’HEMOXCell® dans la culture des cellules CHO-S et des cellules souches mésenchymateuses (CSM), a permis de déterminer des concentrations de travail optimales, favorisant la viabilité et la prolifération cellulaire. Le modèle cellulaire CHO-S a contribué à la mise en place d’un test de performance de la molécule, et encouragé son utilisation dans des systèmes de bioproduction. Les essais menés sur les CSM ont quant à eux permis de valider l’innocuité de la molécule à de faibles doses et le maintien de l’état « souche ». L’idée d’associer les CSM à des supports poreux est prometteuse pour des applications d’ingénierie tissulaire, mais est soumise aux problèmes liés à l’oxygénation en profondeur des supports. Dans le second axe de ce projet, nous avons oeuvré à améliorer la colonisation de substituts osseux et méniscaux, en culture statique et dynamique, en présence d’HEMOXCell®. Parallèlement, une étude a été menée pour tenter de caractériser les cellules méniscales. Les analyses de la colonisation des biomatériaux suggèrent un effet bénéfique d’HEMOXCell® lorsqu’il est utilisé en complément des milieux de différenciation cellulaire. Ce travail a contribué à améliorer la compréhension de ce transporteur d’oxygène et à l’élargissement de ses potentiels champs d’utilisation notamment dans un cadre thérapeutique.

This work aimed to develop cell culture systems, in 2D and 3D, based on the properties of HEMOXCell®, a marine oxygen carrier. Our approach was articulated in two main parts: the first one dealing with the assessment of the use of HEMOXCell® in the culture of two cellular models, and the second one, exploiting the results obtained for tissue engineering purposes. In this first axis, the dose-response effect of HEMOXCell® in the CHO-S cells and mesenchymal stem cells (MSC) in vitro culture, allowed the identification of optimal working concentrations, which can promote cell viability and proliferation. The CHO-S model has contributed to the establishment of a performance test of the molecule, and encouraged its use for bioproduction stimulation. The tests performed on MSCs were used to validate the harmlessness of the molecule at low doses and the maintenance of "stemness". The idea to associate MSCs with porous scaffolds is a promising approach for tissue engineering applications, but it is confronted to the lack of oxygen in the depth of the substitutes. In the second part of this project, we worked at improving the cellularization of bone and meniscal substitutes, under static and dynamic culture systems, w/ and w/o HEMOXCell®. In parallel, a study was conducted to attempt to characterize the meniscal cells. Analyses of cellularized biomaterials suggest a beneficial effect of HEMOXCell® when used as a differentiation media supplement. This work contributed to improve this oxygen carrier understanding and to extend the field of its potential uses particularly for therapeutic applications.