Développement d’un nouvel hydrogel modulable permettant la formation de tissus, dans le cadre des modèles de peau reconstruite

Development of a novel tunable hydrogel to support tissue formation in the context of full-thickness skin equivalents

• Auteur / Autrice : Mariana Carranca Palomo
• Direction : Jérôme Sohier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Biomédicale et Biotechnologie
• Date : Soutenance le 04/09/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Letourneur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Sohier, Didier Letourneur, Florence Debacq-Chainiaux, Marie-Christine Durrieu, Helena Kandarova, Céline Auxenfans
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Debacq-Chainiaux, Marie-Christine Durrieu, Helena Kandarova

Mots clés

Mots clés contrôlés

Collagène

Cellules épidermiques

Nanogels

Génie tissulaire

Mots clés libres

Ingénierie Tissulaire

Hydrogels

Support 3D

Dendrigrafts de poly-L-lysine

PEG-hydrogels

Modèles de peau

Tissue Engineering

Hydrogel

Skin models

Scaffolds

Poly-L-lysine dendrigrafts

PEG-based hydrogels

Résumé

Les équivalents de peau reconstruites utilisés comme greffe pour le remplacement des tissus endommagés ou pour l'établissement de modèle de peau in vitro sont constitués d'une structure complexe dermo-épidermique. Le collagène, obtenu de source animale, est principalement utilisé comme matrice pour former l'équivalent dermique de ces structures. Ces matériaux d'origine animale présentent néanmoins plusieurs inconvénients : des propriétés mécaniques parfois limitées, une grande variabilité, des risques de contamination pathogène ; et ils soulèvent également un dilemme éthique. Ces inconvénients pourraient être évités par l'utilisation de matériaux synthétiques. Les hydrogels à base de Poly(éthylène glycol) (PEG) ont largement été utilisés dans les applications d’ingénierie tissulaire, de par leur biocompatibilité et leurs propriétés mécaniques modulables. Cependant, leur caractère (bio)inerte nécessite qu'ils soient associés avec d'autres séquences fonctionnelles. Nous proposons ici de réticuler les molécules de PEG à l'aide de dendrigrafts de poly-L-Lysine (DGL) qui, en plus de servir comme nœud de réticulation multifonctionnel, pourraient mettre à disposition de nouvelles propriétés biologiques, telles que l'adhésion cellulaire à la surface du biomatériau. Pour juger du potentiel des hydrogels en tant que substrat pour applications biologiques, nous avons étudié la réponse cellulaire à la surface du matériau en lien avec sa composition. Afin de permettre une culture cellulaire tridimensionnelle, une technique de « particulate leaching » a été utilisée pour rendre l'hydrogel poreux, permettant ainsi l'infiltration et la colonisation par les cellules. L'équivalent dermique résultant a ensuite été étudié dans le contexte d'un modèle de peau reconstruite. De plus, l'incorporation dans l'hydrogel d’un polypeptide synthétique similaire à l'élastine afin d’accroître son activité biologique et lui conférer des propriétés élastiques a été évaluée. Finalement, la biocompatibilité des hydrogels a été testée in vivo par implantation sous-cutanée chez la souris

Full-thickness skin equivalents used as grafts for the replacement of damaged skin or for the establishment of in vitro skin models are composed of an epidermal layer seeded on top of a dermal compartment. While collagen is principally used as matrix to form the dermal equivalent, materials from animal sources still elicit an ethical dilemma, have weak mechanical properties, batch-to-batch variability and present risk of pathogen transfer. The use of synthetic materials as scaffolds could overcome these disadvantages. Poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels have been extensively used in tissue engineering applications, owing to their biocompatibility and tunable mechanical properties. However, their bio-inert properties require them to be associated with other functional moieties. We propose here to reticulate PEG molecules with poly-L-lysine dendrigrafts (DGL) that, beside serving as multifunctional crosslinkers, could provide inherent biological properties such as cell adhesion to PEG-based hydrogels. To judge the hydrogel’s potential as a substrate for biological applications, the cellular response to the material surface, in relation to its composition, was determined. Subsequently, particulate leaching was evaluated as a simple fabrication technique to render the hydrogels porous and allow cell infiltration and colonization in three-dimensions, in view of forming a dermal equivalent. The resulting tissues were investigated in the context of full-thickness skin equivalents. Furthermore, a synthetic elastin-like polypeptide was incorporated to the hydrogels to increase their bioactivity and elastic properties. Finally, in vivo biocompatibility was assessed by subcutaneous implantation in mice