Caractérisation et développement d'une matrice d'hydrogel supramoléculaire pour la culture cellualire 3D : vers un bio-indicateur de l'effet de nanoparticules manufacturées

Characterization and development of a supramolecular hydrogel matrix for 3D cellualized culture : towards a bio-indicator of the effect of manufactured nanoparticles

• Auteur / Autrice : Omar El Hamoui
• Direction : Gaëtane Lespes, Bruno Aliès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et environnement
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau) - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gladys Massiera, Eric Peyrin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loïc Jierry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanogels

Biomatériaux

Nanoparticules

Mots clés libres

Hydrogel supramoléculaire

Nanoparticule

Culture cellulaire

Sphéroïde

Biomatériaux

Supramolecular hydrogel

Nanoparticle

Cell culture

Spheroid

Biomaterials

Résumé

Le projet de cette thèse s’inscrit dans la démarche de développement de méthodes alternatives aux cultures cellulaires conventionnelles dites bi-dimensionnelles (2D), limitées en termes de représentativité du comportement cellulaire natif, et aux modèles animaux qui se heurtent à des questions socio-scientifiques poussant à réduire leurs recours. Les présents travaux portent sur une série d’études impliquant l’application d’une nouvelle matrice à base d’hydrogels supramoléculaires pour la culture cellulaire dite tri-dimensionnelle (3D).Le consortium de chercheurs impliqués dans ce projet s’intéresse aux gélifiants supramoléculaires basés sur la chimie des acides nucléiques. Dans un premier temps, certaines molécules candidates ont donc été étudiées sur le plan fondamental afin d’approfondir notre compréhension des mécanismes thermodynamiques et cinétiques sous-jacents du processus de gélification supramoléculaire.Les matrices candidates ont ensuite été caractérisées dans l’objectif d’aboutir à un support biocompatible aux propriétés physico-chimiques optimales, répondant notamment aux spécificités de la culture 3D des cellules du glioblastome. En parallèle de cette étude, le modèle cellulaire a été affiné dans le but d’améliorer la reproductibilité des résultats par le développement d’une méthode de tri cellulaire, permettant de sélectionner une sous-population homogène de cellules souches parmi la population totale de cellules cancéreuses étudiée.Une fois validée, cette nouvelle méthode de culture cellulaire 3D a été mise à contribution pour l’étude des effets de nanoparticules manufacturées d’argent. Dans cette optique, il est nécessaire de pouvoir relier les caractéristiques des nanoparticules à leur impact sur le sphéroïde tumoral. La stratégie pour appréhender cette question se divise en plusieurs étapes : 1) la détermination de l’état des nanoparticules dans le milieu de culture ; 2) l’étude de la diffusion des nanoparticules au sein de la matrice de culture ; 3) la mise en place des méthodes de suivi de l’évolution du système biologique en présence des nanoparticules.Ces travaux pluridisciplinaires dans les domaines de la chimie supramoléculaire, de la culture cellulaire et de la chimie analytique ont été réalisés au sein d’un consortium de partenaires des universités de Bordeaux, Limoges et Pau. Ils ouvrent la voie à des études ultérieures plus poussées sur l’effet de ces nanoparticules par le biais d’un nouveau bio-indicateur.

The project of this thesis involves the development of alternative methods to conventional cell cultures called two-dimensional (2D), which are limited in terms of representativeness of the native cell behavior, and to animal models which are facing socio-scientific issues leading to reduce their use. The present work focuses on a series of studies implying the application of a new matrix based on supramolecular hydrogels for three-dimensional (3D) cell cultures. The consortium of researchers involved in this project is interested in supramolecular gelling agents based on nucleic acid chemistry. In a first step, some potential molecules have been studied at the fundamental level in order to deepen our understanding of the thermodynamic and kinetic mechanisms underlying the supramolecular gelation process.The candidate matrices were then characterized in order to obtain a biocompatible support with optimal physico-chemical properties, particularly in response to the specificities of the 3D culture of glioblastoma cells. In parallel to this study, the cell model was refined in order to improve the reproducibility of the results by developing a cell sorting method, allowing the selection of a homogeneous subpopulation of stem cells among the total population of cancer cells studied.Once validated, this new 3D cell culture method was used to study the effects of manufactured silver nanoparticles. In this perspective, it is necessary to be able to link the characteristics of the nanoparticles to their impact on the tumor spheroid. The strategy to address this issue is divided into several steps: 1) determination of the state of the nanoparticles in the culture medium; 2) study of the diffusion of the nanoparticles within the culture matrix; 3) implementation of methods to monitor the evolution of the biological system in the presence of nanoparticles.This multidisciplinary work in the fields of supramolecular chemistry, cell culture and analytical chemistry was carried out within a consortium of partners from the universities of Bordeaux, Limoges and Pau. They open the way to further studies on the effect of these nanoparticles through a new bio-indicator.