Micro-Usinage par laser femtoseconde : Fabrication d'une microfibre glomérulaire perfusée

Femtosecond laser micromachining : perfused glomerular microfibre manufacture

• Auteur / Autrice : Isabel Verit
• Direction : Claire Rigothier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 26/10/2020
• 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 : Bioingénierie tissulaire
• Jury : Président / Présidente : Serge Monneret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Rigothier, Serge Monneret, Serge Mordon, Emmanuel Pauthe, Jérôme Chevalier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Mordon, Emmanuel Pauthe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions laser-matière

Génie tissulaire

Micro-usinage

Spectroscopie femtoseconde

Mots clés libres

Laser femtoseconde

Micro-usinage

Microfibres glomérulaires

Microvascularisation

Ingénierie tissulaire

Interaction laser-matière

Femtosecond laser

Micromachining

Glomerular microfibers

Microvascularization

Tissue-engineering

Laser-matter interaction

Résumé

Le nombre de patients en attente sur la liste de transplantation d'organe est croissant dû notamment à une augmentation de la durée de vie. L'ingénierie tissulaire, dans une optique de remplacement d'organes pourrait être une alternative à ce problème de pénurie d'organes. Cependant, la création d'un organe entier par ingénierie tissulaire est limitée par la complexité de son organisation et la vascularisation des tissus créés. La vascularisation permet en effet d’apporter l'oxygène et les nutriments nécessaires aux cellules et d'éliminer les déchets qu'elles génèrent. Sans vascularisation, les cellules ne peuvent survivre et nécrosent.Ce projet de thèse est un partenariat entre le laboratoire français BioTis - INSERM U1026 et le centre technologique d'optique et laser ALPhANOV autour de la bio-ingénierie tissulaire. L'objectif est de développer un procédé de fabrication et d'usinage pour créer un modèle de microfibres glomérulaires perfusables. Des microfibres cellulaires ont été réalisées au sein du laboratoire BioTis. Elles sont composées d’un cœur d’hydrogel de collagène et d’une paroi externe bicellulaire modélisant la barrière de filtration rénale. L’originalité de ce travail repose ensuite sur la création d’une lumière interne, à l’aide d’un faisceau laser à impulsions ultracourtes. Inspiré des procédés industriels d’usinages intravolumiques de matériaux transparents, les impulsions ultracourtes sont ici fortement focalisées dans le cœur de collagène pour créer un canal intravolumique via un phénomène de cavitation à l’intérieur des fibres sans impacter la couche externe de cellules.

The demand for organ transplantation has rapidly increased during the past decades due to the increased incidence of vital organ failure and the greater improvement in post-transplant outcome. However, the unavailability of adequate organs for transplantation to meet the existing demand has resulted in major organ shortage crisis. Today, the emergence of regenerative medicine and more particularly, tissue engineering, appears as the best opportunity to effectively regenerate functional tissues and organs. However, these approaches face the 3D architectural complexity of a real organ’s system. More particularly, one of the most challenging issues when engineering tissues is the lack of an efficient method to produce blood vessel systems — the vascularization. Without nutrients and oxygen supply, cells die, and engineered tissues show cell necrosis.This project is a collaboration between the French laboratory of tissue engineering BioTis – INSERM U1026 and the technological centre in optics and lasers ALPhANOV. The aim of this project is to develop a model of perfusable glomerular microcapillary that would mimic glomerular filtration. Microfibres was crafted in the BioTis lab with a core made of collagen hydrogel and a peripheric cell bilayer. This thesis focuses on the creation of a channel within the collagen core using femtosecond laser processing. Following the principle of industrialized intra-volume laser microprocessing of transparent materials, ultra-short laser pulses were strongly focused inside collagen hydrogel to induce the formation of a channel through cavitation phenomena without affecting the cell bilayer.