Abstract :
[fr] Les cellules souches sont intéressantes en thérapie cellulaire car elles permettent de reconstruire des parties endommagées du corps ou de libérer des actifs biologiques et elles ont un effet anti-inflammatoire et immunosuppresseur. La culture de cellules souches sur des microbilles (± 200 µm) en suspension dans des bioréacteurs permet d'obtenir une dose thérapeutique (2,0 x 10^7 cellules) avec un volume de 1 à 3 litres comparé à une surface d'environ 4,5 m^2 avec les pratiques actuelles en 2 D (plaques en plastique (puits), flacons (T75, T25..), etc). Même si des microporteurs commerciaux sont disponibles sur le marché, leurs propriétés de surface ont été reconnues comme non optimales pour favoriser l'adhésion et la prolifération des cellules, mais aussi non adéquates pour favoriser leur détachement sans affecter leur viabilité et leur potentiel de différenciation. La revue bibliographique menée sur la culture de cellules souches sur microbilles a montré : 1) la nécessite d'apporter une charge (surtout positive) et l'ajout de protéines extracellulaires aux billes pour améliorer l'adhésion et la prolifération cellulaires et, 2) le potentiel des microporteurs dégradables. L'objectif de cette thèse vise à optimiser des microporteurs (d'une taille entre 180 et 350 µm) dégradables et biocompatibles destinés à l'amplification des cellules souches. Ces billes sont composées de trois polyesters acceptés par l'Agence fédérale américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA): le poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), le poly(L-lactide) (P(L-LA)) et la poly(ɛ-caprolactone) (PCL).
La première stratégie étudiée est une association stable bille-cellules pour promouvoir l'intégration et la colonisation locale des cellules souches au niveau du site ciblé (par exemple la réparation de cartilage). Ces billes sont composées de P(L-LA) (choisi par un test in vitro et pour sa dégradabilité pour cette application) enrobées par un coating en simple et multicouche à base de chitosane (chit) et de poly(2-(dimethylamino)ethyl méthacrylate) (PDMAEMA) de deux masses molaires moyennes en nombre différentes : 20 000 g/mol (P20) et 90 000 g/mol (P90). Ces polycations ont été sélectionnés pour leur différence de densité de charge, de flexibilité des macromolécules et de longueur de chaînes. L'adsorption des trois polycations en simple et en multicouche sur les billes de P(L-LA) est démontrée par la mesure du potentiel zêta et qualitativement par microscopie optique à fluorescence avec l'utilisation des polymères fluorescents de PDMAEMA-RhoB et de Chit-FITC. Ceux-ci permettent également de quantifier leurs adsorptions (même en fonction de la concentration en solution utilisée) au spectromètre à fluorescence. Les billes de P(L-LA) sans coating ont un potentiel zêta positif prouvé par une électrolyse, ce qui est contraire à la littérature (charge négative). L'étude de mise en suspension en spinner flask des billes coatées d'une simple couche de P20 ou de Chit pour valider leur application en bioréacteur, a montré qu'aucune fragmentation des billes n'a été obtenue ni un détachement du coating déposé.
Une culture in vitro avec des fibroblastes L929 a démontré que deux combinaisons en multicouche, P20+P90+Chit et P20+Chit+P20, ont une prolifération cellulaire plus élevée que celle des microporteurs commerciaux Plastic® et que celle des microporteurs en P(L-LA) munis d'un seul revêtement de P20 (les plus performants en simple couche). Cependant, ce dernier (P20) reste le support optimal pour son sa fabrication simple et pour l'amplification cellulaire obtenue. Enfin, cette culture a également permis de définir les valeurs du potentiel zêta optimisées pour les revêtements multiples qui sont comprises entre +28 et +48 mV, en dehors de cette gamme, la prolifération cellulaire chute.
La deuxième stratégie de cette thèse, plus exploratoire, est une bille en PCL (choisi par un test in vitro et ses propriétés mécaniques plus importantes) munie d'un revêtement solubilisable à base d'alginate réticulé au calcium pour faciliter la séparation des cellules adhérées aux billes. Cette solubilisation est obtenue par la complexation du calcium du réseau d'alginate avec de l'EDTA. Comme la première stratégie, la caractérisation et la solubilisation du coating déposé ont été étudiées avec des polymères fluorescents. C'est un coating composé d'une couche d'alginate réticulée au calcium qui a été retenu et a montré le plus haut détachement obtenu du coating après l'action de l'EDTA (10 mM non nocive pour les cellules). Dû au caractère non favorable à l'adhésion des cellules de l'alginate, une couche de P20 a été ajoutée. Son ajout n'impacte pas le caractère soluble du coating d'alginate obtenu sans lui. Ces études ont montré la capacité du P20, du P90, du Chit et de l'alginate de former des multicouches sur eux-mêmes par des liaisons hydrogène et van der Waals. Les caractéristiques physiques des billes en PCL et en P(L-LA) (diamètre, sphéricité, circularité, masse volumique,...) ont été déterminées. L'analyse par SEM et par AFM démontre que l'ajout d'un revêtement en simple couche de P20, de P90 ou de Chit n'impacte pas la morphologie des billes en PCL et en P(L-LA) et qu'il est d'une épaisseur nanométrique.
Enfin, le procédé employé pour la fabrication des billes durant la thèse par une dispersion liquide-liquide suivi d'une évaporation a nécessité une standardisation de sa géométrie (ajout de contre-pales, changement de cuve,..). Cette géométrie a permis d'augmenter le rendement en billes de tailles désirées de < 20 % jusqu'à 40 %. Sur base des caractéristiques du procédé utilisé standard, la corrélation de Calderbank permet d'estimer théoriquement la taille moyenne des gouttelettes formées durant la dispersion liquide-liquide. Puis, la taille moyenne des billes finales obtenues peut être déterminée car la taille d'une goutte après l'évaporation pour former une bille est divisée par deux.
