Synthèse d'une cornée artificielle à base de collagène I

Synthesis of a collagen based artificial cornea

• Auteur / Autrice : Aurélien Tidu
• Direction : Gervaise Mosser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomatériaux
• Date : Soutenance le 29/09/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : May Griffith, Marie-Claire Schanne-Klein, Vincent Borderie, Valérie Lemarchandel, Costantino Creton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Belamie, Catherine Guedes-Moali

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules épithéliales

Cristaux liquides

Cornée

Collagène de type I

Mots clés libres

Collagène

Cornée

Matrices transparentes

Biomatériaux

Cristal-liquide

Cellules cornéennes

Collagen

Cornea

Liquid crystals

Résumé

L'objectif du projet est la synthèse d'une cornée artificielle biocompatible à base de collagène de type I extrait et purifié à partir de tendons de queues de rats. La synthèse utilise les propriétés mésogènes (cristal-liquides) de la molécule de collagène ainsi qu'une transition sol-gel mimant l'étape de fibrillogenèse qui se déroule in vivo. Des solutions acides de collagène (500 mM en acide acétique) sont dyalisées contre des solutions de diverses concentrations en acide acétique et en acide chlorhydrique puis concentrées jusqu'à 90 mg/mL. Les phases cristal-liquides données par les différentes conditions physico-chimiques sont analysées par microscopie à lumière polarisée et par génération de seconde harmonique. L'une des conditions permet d’obtenir une phase dite en contreplaqué, ce qui est l’organisation des lamelles de fibrilles de collagène dans la cornée.Analysée par microscopie électronique à transmission, la structure des matrices obtenues après fibrillogénèse présente des domaines en contreplaqué indiquant une conservation et une stabilisation de l’organisation cristal-liquide d'origine. L’organisation obtenue est proche de celle du stroma cornéen. Par une optimisation des conditions physico-chimiques, les matrices synthétisées présentent une transparence proche de 90 % et possèdent de bonnes propriétés mécaniques avec un module d’Young proche de 1 MPa. Des cultures cellulaires effectuées sur les matrices transparentes montrent qu’elles sont un très bon support pour la culture de cellules cornéennes, en particulier des cellules épithéliales. Tous ses résultats confortent la méthode utilisée et les essais in vivo constituent l’étape suivante.

In view to generate artificial corneas, dense transparent collagen type-I scaffolds were synthesized exploiting the intrinsic liquid crystals properties of collagen molecules. 3 mg/mL collagen solutions in 500 mM acetic acid were dialyzed against a solution of precise concentrations in acetic and hydrochloric acid. When concentrated, solution provided a liquid-crystal organization resembling plywood, which is the organization of the collagen fibrils in the cornea. This was verified by polarized light and second harmonic generation microscopy experiments. In parallel these collagen solutions were also concentrated by centrifugation-filtration up to 90 mg/mL. The concentrated solutions were pressed into cornea-like shape and submitted to ammonia vapor in order to induce the fibrillogenesis of collagen. The result is a transparent dense fibrillated collagen matrix (transparency 90 %). Transmission electron microscopy revealed that fibrils kept the organization of the concentrated solution. Using a custom made device, mechanical tests showed that the Young modulus reached 900kPa. Human donor limbal explants were sewed on top of the scaffolds and cultured for 14 days. Optical microscopy and immunocytochemical analysis showed the development of an epithelium with characteristics of corneal epithelial cells. Preliminary experiments showed that keratocytes could be successfully inserted during the synthesis process. Thus, the results show the viability of the process of fabrication, and the following step is the in vivo experiment.