Développer des hydrogels et étudier les effets des propriétés mécaniques sur les activités biologiques des podocytes

Development of hydrogels and study the effect of their mechanical properties on podocyte behaviors

• Auteur / Autrice : Maya Abdallah
• Direction : Sébastien Balme, Maria Bassil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Garric
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Balme, Maria Bassil, Xavier Garric, Patricia Bassereau, Hassane Oudadesse, Michel Boissiere, Mikhael Bechelany
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Bassereau, Hassane Oudadesse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocolloïdes

Matrice extracellulaire

Cellules épithéliales

Mots clés libres

Podocyte

Matrice extracellulaire

Hydrogel

Podocyte

Extracellular Matrix

Hydrogel

Résumé

La matrice extracellulaire (MEC) contrôle et maintient les principales activités biologiques telles que la survie, la prolifération et la différenciation cellulaire. Récemment, les hydrogels ont marqué une progression remarquable en tant que candidats dans le domaine de l'ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative. Les hydrogels sont des réseaux polymériques hydrophiles ayant la capacité d’absorber une grande quantité d’eau et de fluide biologique. Les hydrogels présentent un support mécanique approprié pour les cellules tissulaires et fournissent des signaux chimiques et biologiques imitant la MEC native. Par conséquent, de nombreux hydrogels de nature biologique et chimique ont été développés dans le domaine de régénération tissulaire. Les propriétés mécaniques des hydrogels sont nécessaires pour induire les fonctions biologiques telles que l'adhésion, la prolifération et la différenciation cellulaire. L'objectif de la thèse était de développer des hydrogels à base de polymères et d'étudier l'effet de leurs propriétés physiques sur les activités biologiques des cellules podocytaires. Cette étude consiste de synthétiser et de développer des hydrogels à base de polyacrylamide hydrolysé (PAAm) où les propriétés physiques peuvent être adaptées et réglées sur une large gamme d’élasticité. Ces matériaux ont fourni une élasticité similaire à celle de la membrane basale glomérulaire (GBM) in vivo et ont représenté un candidat approprié pour la régulation des fonctions des cellules podocytaires. De même, la synthèse des hydrogels à la fois synthétiques et biologiques a pu imiter les propriétés biologiques et mécaniques de la MEC native. La combinaison des polymères à base de méthacrylate de gélatine et d'acrylamide (GelMA-AAm) a été synthétisée et analysée. Ces hydrogels ont montré des propriétés mécaniques ajustables imitant l'élasticité native du GBM du rein et une fixation significative des podocytes sans modification de surface par des protéines d'adhésion. Ce travail consiste à étudier la physiologie cellulaire et à développer un système microfluidique afin de suivre les fonctions rénales dans les états normales et défectés.

Extracellular matrix (ECM), non-cellular component, regulates and maintains the main biological activities of cells such as cellular survival, proliferation and differentiation. Recently, hydrogels scaffolds have shown a remarkable advancement as candidates for tissue engineering and regenerative medicine. Hydrogels are defined as hydrophilic polymer network having the ability to hold a large amount of water and biological fluid. Various natural and synthetic hydrogels have been studied and developed in many tissue regeneration purposes. They provide an appropriate mechanical support, chemical and biological cues mimicking the native extracellular matrix (ECM). These artificial matrices characteristics contribute to induce the cellular functions as adhesion, proliferation and differentiation. The thesis aim was to develop polymers based hydrogels and to study the effect of their physical properties on podocyte kidney cells. Synthetic hydrolyzed polyacrylamide based hydrogel (PAAm) was the choice of study where the physical properties can be tailored and tuned over a wide range. These scaffolds have provided elasticity similar to the in vivo glomerular basement membrane (GBM) and have shown a suitable candidate for the regulation of podocyte functions. Moreover, the development of synthetic and biologic hybrid hydrogels was able to mimic the biological and mechanical properties of native ECM. The combination of gelatin methacrylate and acrylamide (GelMA-AAm) based hydrogels have been investigated and has shown tunable mechanical properties mimicking the native kidney GBM elasticity and a significant attachment of podocytes without any surface functionalization with adhesion proteins. This work permits to investigate the cellular physiology and to develop kidney-on-chip in order to study the functions of kidney on both healthy and diseased states.