Hydrogels physiques tubulaires pour la spermatogenèse ex vivo

Tubular physical hydrogels for ex vivo spermatogenesis

• Auteur / Autrice : Nicolas Sereni
• Direction : Laurent David
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et composites
• Date : Soutenance le 09/12/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Lejeune
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rachel Auzély-Velty
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Le Visage, Luc Picton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocolloïdes

Chitosane

Fertilité humaine

Spermatogenèse

Mots clés libres

Spermatogenèse

Fertilité

Chitosane

Culture cellulaire tridimensionnelle

Hydrogel

Propriétés mécaniques

Propriétés de diffusion

Microstructure

Spermatogenesis

Fertility

Chitosan

3D cell culture

Hydrogel

Mechanical properties

Diffusion properties

Microstructure

Résumé

Au cours des 30 dernières années, d'importants progrès ont été faits dans le domaine de l'oncologie. Les cancers pédiatriques ont été les grands bénéficiaires des progrès des thérapies anticancéreuses et aujourd'hui, le cancer de l'enfant peut être soigné, dans les pays développés, dans 75 à 80% des cas. Cependant, ces thérapies sont connues pour leurs effets gamétotoxiques, et seulement 33 % des garçons qui ont survécu à leur cancer durant l'enfance produisent du sperme de bonne qualité une fois arrivé à l'âge adulte. Actuellement, la seule mesure de préservation envisageable pour ces enfants est de procéder à un prélèvement et à une cryoconservation de tissu testiculaire. Aujourd'hui, il est donc important de mettre au point un procédé capable de produire des spermatozoïdes à partir de tissus testiculaire dans le but de restaurer leur fertilité. Pendant plusieurs décennies, les biologistes de la reproduction ont essayé de développer une technologie pour accomplir in vitro la spermatogenèse chez les mammifères. Malgré des investissements importants dans la recherche, aucune méthode n'a permis de reproduire in vitro l'ensemble de ce processus chez l'homme. Dans cette étude, la société de biotechnologie Kallistem a développée, en collaboration avec des partenaires académiques incluant le laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (projet ARTIS financé par la Canceropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) un système de culture tridimensionnel constitué d'un hydrogel de chitosane capable de réaliser in vitro l'ensemble de la spermatogenèse chez différents mammifères incluant l'homme. Le système de culture 3D est un hydrogel physique de chitosane sous forme de tube obtenu après neutralisation d'une solution aqueuse de chitosane, sans aucun agent réticulant. Avantageusement, le tissu testiculaire est confiné dans la lumière du tube ce qui permet de conserver l'architecture 3D in vivo des tissus. L'influence de plusieurs paramètres structuraux du chitosane et de paramètres liés au procédé d'élaboration sur la microstructure, les propriétés mécaniques et de diffusion des hydrogels a été évaluée, dans le but d'optimiser la capacité du système de culture à assurer la survie et la différentiation cellulaire

During the past 30 years, huge progress has been performed in the field of oncology. In particular, pediatric cancers have been the beneficiaries and can now achieve cure rates of 75-80% in developed countries. However, cancer therapies are known for their gametotoxic effects and only 33% of male children who have survived cancer during childhood produce sperm of normality quality when they are adults. Currently, the only feasible conservation protocol for these boys is to make a collection and cryopreservation of their testicular tissue. There is thus a need to provide a process enabling to produce spermatozoa starting from testicular tissue in order to restore fertility. For several decades, reproductive biologists have been trying to develop a technology to achieve spermatogenesis in vitro in mammals. Despite sustained investment in research, no method has now reproduced in vitro this entire process in humans. In this work, Kallistem (Biotech Company) has developed, in collaboration with academic laboratories including “Polymer Materials Engineering” laboratory (project ARTIS financed by the Cancéropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) a 3D culture system made of chitosan hydrogel enabling to make a complete spermatogenesis in vitro in several mammals including human. The 3D culture system is a tube of chitosan physical hydrogel obtained from neutralization of aqueous chitosan solution, without any external cross-linking agent. Advantageously, the testicular tissue is confined in the lumen of tube which enables to reproduce in vivo 3-dimensional architecture. The impact of several material and processing parameters on microstructure, mechanical and diffusion properties of resulting hydrogels was evaluated, in order to optimize the culturing and maturation ability of 3D culture system