Hydrogels thermosensibles macroporeux pour l'encapsulation et la délivrance de cellules

Thermosensitive macroporous hydrogels for cells encapsulation and delivery

• Auteur / Autrice : Phuong Anh Dang
• Direction : Laurent Corté, Emmanuel Pauthe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 12/01/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des Matériaux - ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....) - Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Joanny
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Corté, Emmanuel Pauthe, Anne Des Rieux, Florence Agnely, Joëlle Amédée Vilamitjana, Sophie Norvez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Des Rieux, Florence Agnely

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Encapsulation (chimie)

Mots clés libres

Hydrogel thermosensible

Matrice injectable

Délivrance de cellules

Chitosan

Macroporosité

Hydrogel à séparation de phase

Encapsulation de cellules

Thermosensitive hydrogel

Injectable vehicle

Cell delivery

Chitosan

Macroporosity

Phase separation hydrogel

Celle encapsulation

Résumé

Les hydrogels thermosensibles sont des matériaux prometteurs pour l'encapsulation et la délivrance de cellules. Notre approche est basée sur un système thermosensible dans lequel la transition sol/gel est induite par une séparation de phase dans des solutions aqueuses de chitosan et de sels phosphates. Ces mélanges peuvent être maintenus liquides à température ambiante à des pH physiologiques, et possèdent une transition sol/gel rapide à 37°C pour former un hydrogel macroporeux. Dans un premier temps, nous avons développé une approche rationnelle pour préparer des mélanges thermosensibles dans lequel les paramètres cruciaux, pH, osmolarité, cinétique de gélification, sont finement contrôlés indépendamment. La cytocompatibilité de ces systèmes est démontrée. Les mécanismes de la transition sol/gel, tant au niveau moléculaire que microscopique, ont été étudiés en profondeur. En particulier, nous avons réalisé des observations directes et indirectes résolues en temps permettant de suivre l'émergence de la microstructure macroporeuse. L'influence de diverses caractéristiques du chitosan, ainsi que l'effet de la présence de cellules sur les propriétés de l'hydrogel, ont été étudiés. Enfin, des stratégies de biofonctionnalisation visant à améliorer l'activité des cellules encapsulées ont été explorées.

Thermosensitive hydrogels are highly valuable matrices for cell encapsulation and delivery. Here, our approach is based on a thermosensitive system in which the sol/gel transition is induced by a phase separation in aqueous mixtures of chitosan and phosphate salts. These mixtures can be held liquid at physiological pHs and room temperature while exhibiting a quick sol/gel transition at 37°C to form a macroporous hydrogel. Firstly, we developed a rational formulation design to prepare thermosensitive mixtures in which crucial parameters, like pH, osmolarity, gelation kinetics, can be precisely and independently controlled. The cytocompatibility of these finely adjusted physiological systems was demonstrated. The mechanisms of the sol/gel transition, both at molecular and microscopic levels, were investigated in depth. In particular, we were able to capture using time-resolved direct and indirect observations the emergence of the macroporous microstructure throughout phase separation. Influence of various characteristics of chitosan as well as effect of the presence of cells on hydrogel formation and properties were investigated. Finally, biofunctionalization strategies aiming at improving the activity of encapsulated cells were explored.