Impact des forces mécaniques sur le développement des tendons et des tissus conjonctifs dans un contexte in vivo et in vitro

Impact of mechanical forces on tendon and connective tissue development in vivo and in vitro

• Auteur / Autrice : Maxime Hordé
• Direction : Emmanuelle Havis, Delphine Duprez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 03/07/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Capucine Trollet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Egles, Christelle Darrieutort-Laffite

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie du développement

Transcriptome

Tissu conjonctif

Tendons

Mots clés libres

Tendons

Développement

Forces mécaniques

Transcriptome

Paralysie

Hyperstimulation

Tendon

Development

Mechanical forces

Transcriptome

Paralysis

Hyperstimulation

Résumé

Les travaux exposés dans cette thèse explorent les processus biologiques sous-tendant la formation des tendons et des tissus conjonctifs du système musculosquelettique. Comprendre les mécanismes de développement des tendons revêt une importance essentielle pour la santé publique, car les blessures tendineuses sont courantes et peuvent entraîner une invalidité significative, limitant la mobilité et la qualité de vie des individus. Les progrès dans ce domaine pourraient conduire à des avancées thérapeutiques permettant de traiter efficacement les lésions tendineuses et de favoriser leur guérison. Dans le cadre de cette recherche, une étude in vitro 3D a été menée pour évaluer les propriétés mécaniques et la signature moléculaire des constructions tendineuses humaines générées à partir de cellules souches adipeuses humaines enrobées dans une matrice de collagène de type I. L'analyse a révélé des changements dans les propriétés viscoélastiques des tissus, associés à une réorganisation de la matrice extracellulaire et à l'émergence de populations cellulaires distinctes, mettant en lumière l'importance de l'environnement tridimensionnel dans le développement tendineux. Une autre partie de cette étude a porté sur une approche in vivo utilisant des agents pharmacologiques pour moduler la contraction musculaire des embryons de poulet à E7 afin d'analyser les conséquences d'un traitement de 24 ou 48h sur le développement du système musculo-squelettique et des tissus conjonctifs associés. L'analyse transcriptomique de membres entiers des embryons traités ou non a révélé des modifications dans l'expression de gènes marqueurs des tendons, du cartilage et du tissu conjonctif associé au muscle, soulignant le rôle crucial de la contraction musculaire dans le développement des tissus conjonctifs au sens large. Cette analyse nous a également permis d'identifier de nouveaux gènes impliqués dans le développement des tendons. Enfin, une étude in vitro 2D a été réalisée pour tester la viabilité des cellules souches adipeuses humaines sur différents types de supports (scaffolds) et d'analyser la différenciation des cellules souches adipeuses humaines en ténocytes. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour la recherche sur le développement du tendon. En combinant ces approches complémentaires, cette thèse vise à approfondir notre compréhension des processus biologiques régissant la formation des tendons et à développer des stratégies thérapeutiques innovantes pour traiter les lésions tendineuses.

The work presented in this thesis explores the biological processes underlying the formation of tendons and connective tissues of the musculoskeletal system. Understanding the developmental mechanisms of tendons is of paramount importance for public health, as tendon injuries are common and can lead to significant disability, limiting individuals mobility and quality of life. Progress in this field could lead to therapeutic advances enabling the effective treatment of tendon injuries and promoting their healing. As part of this research, a 3D in vitro study was conducted to evaluate the mechanical properties and molecular signature of human tendon constructs generated from human adipose stem cells encapsulated in a type I collagen matrix. The analysis revealed changes in the viscoelastic properties of the tissues, associated with a reorganization of the extracellular matrix and the emergence of distinct cellular populations, highlighting the importance of the three-dimensional environment in tendon development. Another aspect of this study focused on an in vivo approach using pharmacological agents to modulate muscle contraction in chicken embryos at E7 to analyze the consequences of 24 or 48-hour treatment on the development of the musculoskeletal system and associated connective tissues. Transcriptomic analysis of treated or untreated embryonic limbs revealed modifications in the expression of genes marking tendons, cartilage, and connective tissue associated with muscle, underscoring the crucial role of muscle contraction in the development of connective tissues at large. This analysis also enabled the identification of new genes involved in tendon development. Finally, a 2D in vitro study was conducted to test the viability of human adipose stem cells on different types of scaffolds and to analyze the differentiation of human adipose stem cells into tenocytes. These results offer new perspectives for tendon development research. By combining these complementary approaches, this thesis aims to deepen our understanding of the biological processes governing tendon formation and to develop innovative therapeutic strategies for treating tendon injuries.