Etude multi-échelle de l'interaction cellule-biomatériau par microscopie confocale et environnementale

Multiscale cell-biomateril interaction study using confocal and environmental microscopies

• Auteur / Autrice : Akkiz Bekel
• Direction : Karine Masenelli-Varlot, Lucian Roiban
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 13/04/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) - Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS
• Jury : Président / Présidente : Christèle Combes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karine Masenelli-Varlot, Lucian Roiban, Christèle Combes, Marco Sergio, Renaud Podor, Laurent Gremillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marco Sergio, Renaud Podor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie confocale

Microscopie électronique à balayage

Cellules -- Adhésivité

Cellules -- Interaction

Biomatériaux

Mots clés libres

Biomatériaux

Cellule eucaryote

Adhésion

Microscopie confocale

MEB - Microscopie électronique à balayage

Tomographie

Ancrage

Hydroxyapatite carbonatée

Microscopie environnementale

Interaction cellule biomatériau

Biomaterials

Eukaryotic cell

Adhesion

Confocal microscopy

SEM - Scanning electron microscopy

Tomography

Anchoring

Carbonated hydroxyapatite

Environnemental microscopy

Cell-Biomaterial interaction

Résumé

Le succès du développement de nouveaux implants repose sur une meilleure compréhension des interactions entre les cellules et les biomatériaux. L'adhésion cellulaire sur le biomatériau est une étape clé pour prédire le devenir d'un implant dans le corps humain. L'adhésion cellulaire est impliquée dans de nombreux processus cellulaires tels que la prolifération, la migration et la différenciation. Des études récentes ont montré que le substrat sur lequel les cellules sont cultivées peut conduire à différentes morphologies cellulaires. Ce travail de thèse a consisté à mettre en place une méthode d’étude de l’adhésion cellulaire en quantifiant les sites d’ancrage de la cellule sur le biomatériau par microscopie confocale. L’étude morphologique a quant à elle été réalisé par microscopie électronique à balayage (MEB). L'analyse morphologique est principalement réalisée en 2D en utilisant la MEB sous vide poussé (MEBHV), ce qui nécessite notamment la déshydratation cellulaire. Nous avons dans un premier temps essayé de développer une méthode d'analyse 3D de la cellule sur le biomatériau par MEBHV. Puis, nous avons développé une méthode d'analyse 3D pour étudier des cellules entières proches de leur état natif. Pour ce faire, nous avons utilisé un portoir de tomographie conçu au préalable au laboratoire pour étudier en 3D des suspensions aqueuses. Ce portoir spécifique permet les analyses en collectant les électrons transmis ou diffusés à travers l’échantillon. Un tel développement ouvre la voie à l'analyse 3D de cellules intactes dans des environnements imitant leur environnement natif.

The success of the development of new implants relies on a better understanding of the interactions between cells and biomaterials. Cell adhesion on the biomaterial is a key step in predicting the future of an implant in the human body. Cell adhesion is involved in many cellular processes such as proliferation, migration and differentiation. Recent studies have shown that the substrate on which cells are grown can lead to different cell morphologies. This thesis work consisted in setting up a method for studying cell adhesion by quantifying the anchoring sites of the cell on the biomaterial by confocal microscopy. The morphological study was carried out by scanning electron microscopy (SEM). Morphological analysis is mainly performed in 2D using high vacuum SEM (HVSEM), which notably requires cell dehydration. We initially tried to develop a 3D analysis method of the cell on the biomaterial by SEM. Then, we developed a 3D analysis method to study whole cells close to their native state. To do so, wet-STEM was performed using a tomographic sample holder designed beforehand in the laboratory to study aqueous suspensions in 3D. This specific rack allows analyzes by collecting the electrons transmitted or diffused through the sample. Such development opens the way to 3D analysis of intact cells in environments mimicking their native environment.