Thèse soutenue le 22 mars 2022, pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : BIS - Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement

Résumé :
Le développement de réseaux vasculaires in vitro est crucial pour la culture à long terme d'agrégats cellulaires tridimensionnels (organoïdes, sphéroïdes, tumoroïdes ou autres tissus biologiques). Malgré les progrès récents dans les domaines des organes-sur-puce et des organoïdes, la vascularisation fonctionnelle des organoïdes in vitro reste un défi majeur. De plus, la plupart des dispositifs microfluidiques existants sont peu représentatifs de la complexité biologique et des écoulements observés in vivo. Compte tenu de ces contraintes, nous avons développé une plateforme innovante pour établir et suivre la formation de réseaux endothéliaux autour de sphéroïdes mésenchymateux et d'organoïdes de vaisseaux sanguins générés à partir de cellules souches humaines pluripotentes induites, cultivés jusqu'à 15 jours sur puce. Ces réseaux étaient fonctionnels, démontrant une perfusion intravasculaire à l'intérieur des sphéroïdes et des organoïdes. Ce système microfluidique représente donc un modèle d'organoïde-sur-puce vascularisé, et devrait permettre d'établir la perfusion dans divers organoïdes ou tissus biologiques.
Par ailleurs, les progrès des systèmes microphysiologiques ont fait naître le besoin de dispositifs de culture cellulaire robustes et fiables. Si la microfluidique a fait des progrès considérables ces dernières décennies, les dispositifs manquent souvent de facilité d’utilisation et ne sont pas conçus pour être industrialisés à grande échelle. En particulier, les îlots pancréatiques sont souvent étudiés à l'aide de plateformes microfluidiques dans lesquelles le suivi des flux est généralement très limité, notamment parce que l'intégration de vannes pour diriger les écoulements est difficile à réaliser. Nous présentons ici une puce microfluidique fabriquée en thermoplastique (COC), intégrant un contrôle automatisé des flux pour la stimulation en glucose d’îlots pancréatiques et la récolte de l’insuline. Le dispositif que nous avons développé permet de suivre la sécrétion d'insuline d'un seul îlot et peut être adapté à l'étude d'une grande variété de tissus biologiques et de sécrétomes.

Jury :
Rapporteure : Mme Stéphanie Descroix
Rapporteur : Mme Cécile Legallais
Examinateur : M. Walid Rachidi
Examinateur : M. Charles Baroud
Directeur de thèse : M. Xavier Gidrol
Co-directeur de thèse : M. Yves Fouillet
Co-encadrant de thèse : M. Jean-Luc Achard

Mots clés :
microfluidique, organes-sur-puce, organoïdes, vascularisation