Suivi quantitatif de processus biologiques complexes dans des microsystèmes par l'imagerie de nanoparticules

Development of an opto-microfluidic assay, to probe kidney glomerulus function and signaling on-chip

• Auteur / Autrice : Maxime Mauviel
• Direction : Cédric Bouzigues
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Optique et Biosciences (Palaiseau, Essonne) - Laboratoire d'Optique et Biosciences / LOB
• Jury : Président / Présidente : Charles Baroud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Bouzigues, Isabelle Bonnet, Benoît Ladoux, Olivia Lenoir, Antigoni Alexandrou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Bonnet, Benoît Ladoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glomérule du rein

Nanoparticules organiques fluorescentes

Mots clés libres

Rpgn/fsgs

Glomérule-Sur-Puce

Egfr/hb-Egf

Cd9

Dstorm

Nanoparticules luminescentes

Rpgn/fsgs

Glomerulus-On-Chip

Egfr/hb-Egf

Cd9

Dstorm

Luminescent nanoparticles

Résumé

La glomérulonéphrite (RPGN) et la glomérulosclérose (FSGS) sont des maladies résultant d'une atteinte au glomérule, entraînant l'activation des cellules épithéliales pariétales glomérulaires (PECs), et pouvant conduire à une insuffisance rénale. Nous avons développé un système microfluidique (organe-sur-puce) qui reproduit la structure du glomérule et permet la co-culture contrôlée des types de cellules glomérulaire (cellules endothéliales glomérulaires GEnCs, podocytes et PECs), et conserve les fonctions de filtration d'un glomérule réel. L'exposition à l'EGF a provoqué une augmentation de la prolifération des PECs et une réduction des capacités de filtration glomérulaire. Les caractéristiques observées sur notre puce reflètent étroitement celles des PECs lors de la progression des glomerulonephrites in vivo. Par super-résolution (dSTORM), nous avons découvert que les nano-domaines riches en CD9 sont les sites principaux pour l'activation des EGFR suite aux stimulations par HB-EGF chez les PECs. De plus, chez les PECs CD9-KO, la production de ROS induite par l'activation des EGFRs par HB-EGF, suivie quantitativement à l'aide de nanoparticules luminescentes, était nettement réduite. Ainsi, le CD9 organise les EGFRs et régule leur signalisation.En combinant des techniques d'imagerie de molécules uniques et un organe-sur-puce, notre technologie crée un lien entre les études in vitro et in vivo, réduisant potentiellement le besoin d'expérimentation animale.

Glomerulonephritis (RPGN) and glomerulosclerosis (FSGS) are diseases resulting from damage to the glomerulus, causing activation of glomerular parietal epithelial cells (PECs), which can lead ultimately to renal insufficiency. We developed an organ-on-chip microfluidic system that emulates the structure and cell types of the glomerulus. This system allows for the controlled co-culture of three cell types mimicking the glomerular organization (glomerular endothelial cells GEnCs, podocytes, and PECs), and retained filtration functions of an actual glomerulus. EGF exposure led to increased PECs proliferation and decreased glomerular filtration capabilities. The characteristics observed in our chip closely mirror those of PECs in RPGN and FSGS progression in vivo.We found through super-resolution (dSTORM) that CD9-rich nano-domains are primary sites for EGFR activation upon HB-EGF stimulations in PECs. Furthermore, in CD9-KO PECs, the ROS production induced by EGFR activation by HB-EGF, quantitatively tracked using luminescent nanoparticles, was significantly reduced. CD9 thus organizes EGFR and its regulates signaling.By combining single molecule imaging techniques and Organ-on-chip, our technology offers a bridge between in vitro and in vivo studies, potentially limiting the need for animal testing.