Structuration et décoration d'hydrogels pour la culture cellulaire 3D.

Tailoring common hydrogels into 3D cell culture templates.

• Auteur / Autrice : Aurélien Pasturel
• Direction : Vincent Studer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioimagerie
• Date : Soutenance le 04/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Interdisciplinaire de Neurosciences (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Joëlle Amédée Vilamitjana
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Studer, Nicolas Rivron, Xavier Gidrol, Aurélien Duboin, Gaëlle Recher, Olivier Théodoly
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Rivron, Xavier Gidrol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocolloïdes

Imagerie tridimensionnelle en biologie

Cultures cellulaires

Mots clés libres

Culture Cellulaire 3D

Hydrogel

Chimie radicalaire

Photo-chimie

3D Cell Culture

Hydrogel

Photo-chemistry

Radical-chemistry

Résumé

L’ingénierie d’hydrogels ; leur structuration et fonctionnalisation à l’échelle cellulaire, est une étape clé pour aboutir à de modèles in-vitro plus physiologiques. À ce jour, elle reste difficile car ces matériaux polymères, mous et riches en eau, sont souvent trop fragiles pour la micro-fabrication traditionnelle. Pour pallier à ce fait, nous avons combinée illumination ultraviolette structurée et chambres de réaction perméables au gaz nous offrant la maitrise sur la distribution de photons, les réactifs et les gaz présents à chaque instant et en tout point d’un champ d’illumination. Nous pouvons ainsi contrôler une photochimie adaptée aux hydrogels les plus répandus et structurer, décorer ou liquéfier ces matériaux. Ensemble ces trois opérations forment une boite à outil complète adaptée aux substrats les plus communs que sont Matrigel, Agar, Poly(acrylamide) et Poly(éthylène-glycol). Nous avons par la suite fabriqué des micro-niches en hydrogel permettant la culture standardisée de lignées cellulaire et de neurones primaires soit par adhésion sur des topographies ou par auto-organisation en sphéroïdes. Ceci démontre que la plateforme est à même de répondre à des enjeux importants de culture cellulaire tridimensionnelle.

Tailoring hydrogels into biomimetic templates represents a crucial step to build better in-vitro models but it is to date still challenging. Indeed, these synthetic or natural polymeric networks are often so frail they can’t be processed through standard micro-fabrication. Here, we combine a ultra-violet pattern projector with gas permeable microreactors to control gas, reagents and photon distribution and in fine, the reaction kinetics in space and time. Doing so, enabled a generic chemistry that can structure, liquefy or decorate (locally functionalize) common hydrogels. Altogether these three hydrogel engineering operations form a flexible toolbox that supports the most commonly used hydrogels: i.e. Matrigel, Agar-agar, poly(ethylene-glycol) and poly(acryl-amide). We successfully applied this solution to grow cells into standardized micro-niches demonstrating that it can readily address cell culture challenges such has controlled adhesion on topographical structures, standardization of spheroids or culture on shaped Matrigel.