Développement de nouveaux modèles ex vivo pour l’étude de l’intéraction mécanique entre les cellules musculaires et leur micro-environnement

New ex vivo models to study the mechanical interplay between muscle cells and their microenvironment

• Auteur / Autrice : Nicolas Rose
• Direction : Fabien Le Grand, Benoît Ladoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 19/03/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en myologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Duprez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vanessa Ribes, Léa Trichet, Edoardo Malfatti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Gache, Sylvie Hénon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biophysique

Biotechnologie

Cellules souches

Muscles -- Régénération (biologie)

Mots clés libres

Myologie

Bioingénierie

Biomatériaux

Régéneration musculaire

Biophysique

Cellules souches

Myology

Bioengineering

Stem cells

Résumé

Un intérêt croissant est porté aux systèmes ex vivo pour des raisons bioéthiques, légales et économiques. Afin d'étudier la fonction et la régénération musculaire, la recherche médicale nécessite la mise au point de plateformes d’analyse fonctionnelle de myotubes matures et d’outils de culture de cellules souches musculaires (MuSCs) non conventionnelle intégrant les contraintes mécaniques. Dans le cadre de mes travaux, une puce de culture de myotubes en 3D avec capacité de mesure de la contraction a été développée. La combinaison d'une technologie de photo-patterning et de micro-substrats a permis d'obtenir des rendements de culture élevés dans des conditions physico-chimiques contrôlées. Des contractions de myotubes 3D dérivés de myoblastes humains primaires ont été observées, la force générée a été mesurée et le schéma de contraction caractérisé. L'impact de la culture 3D sur la morphologie nucléaire a été analysé, confirmant la similitude d'organisation entre les myotubes 3D obtenus et les myofibres in vivo. De plus, le système a permis de modéliser la dystrophie musculaire congénitale due à une mutation de LMNA avec la culture de myotubes 3D mutants présentant un phénotype de laminopathie typique. Enfin, des MuSCs ont été cultivées sur des hydrogels, démontrant l’effet des variations d'élasticité de la niche sur l'activation des MuSCs au cours de la régénération musculaire.

Ex vivo systems are under increasing interest for bioethical, legal and financial stakes. To study muscle function and regeneration, medical research requires functional analysis platforms for mature myotubes and unconventional muscle stem cells (MuSCs) culture tools integrating mechanical consraints. During my doctoral works, a 3D myotube culture chip with contraction monitoring capacity has been developed. Combining photopatterning technology and microsubstrate design allowed to obtain high culture yield in controlled physical and chemical microenvironment. Spontaneous contractions of human primary myoblast-derived 3D myotubes has been observed, their generated forces measured and their contraction pattern characterised. The impact of 3D culture on nuclear morphology has been analysed, confirming organizational similarities betaween obtained 3 myotubes and in vivo myofibers. Moreover, LMNA-related Congenital Muscular Dystrophy has been modelled in 3D mutants myotubes displaying typical laminopathy phenotype. Finally, MuSCs has ben cultured on hydrogels, demonstrating the effect of niche elasticity variations on MuSCs activation during muscle regeneration.