Élaboration de différents biomatériaux dans une perspective thérapeutique de l’insuffisance cardiaque - Biological Adaptation and Ageing Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Development of different types of biomaterials focused on heart failure therapy

Élaboration de différents biomatériaux dans une perspective thérapeutique de l’insuffisance cardiaque

Résumé

Heart failure is a major public health concern. Despite the existing therapeutic arsenal, for some patients, a heart transplantation remains the only option. Among the planned strategies, the regeneration of heart tissue by implantation of new functional cells is an interesting therapeutic option. The use of biological support mechanically and chemically modulated to bring interested cells to the heart is booming. In this study, three different biomaterials have been evaluated in animal model of heart failure: stem cell sheets, scaffolds of collagen nanofibers , and chitosan hydrogels. (1) The use of cell sheets of adipose derived stem cells (ADSC) or myoblasts associated with murine cardiac progenitors has shown therapeutic interest in an animal model of dilated cardiomyopathy but has also highlighted many difficulties of obtaining and handling this type of biomaterial entirely composed of cells. (2) The main study of the doctoral work consisted in the development of a collagen nanofibers scaffold able to support cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells (hiPS-CM) for the treatment of dilated cardiomyopathy. The establishment of conditions to obtain and evaluate the biocompatibility of collagen scaffolds have been carried out. The implantation of collagen scaffold showed a significant improvement of cardiac function but also the induction of a beneficial remodelling. The association of the patch with a layer of fibrin hydrogel has allowed the improvement of cell retention on biomaterial. Alignment of nanofibers is currently being studied to potentiate the hiPS-CM cell maturation and organisation. (3) The last study concerns the biological evaluation of a natural chitosan hydrogel without cell in a model of myocardial infarction. Chitosan is a natural molecule that has been shown to display angiogenic potential. The analysis of these hydrogels has showed biocompatibility with the absence of deleterious effect on cardiac function. The safety of chitosan hydrogels being established, it might be considered, subsequently, to use these patch to bring in the heart molecules from the secrétome of MSC to improve various cardiac parameters. To summarize, these results suggest that, in the context of heart failure, epicardially delivery of biomaterials, with or without cells, represents a promising therapeutic strategy with an important capacity of physicochemical modulation.
L’insuffisance cardiaque est un problème majeur de santé publique. Malgré l’arsenal thérapeutique existant, pour certains patients, la greffe d’un nouveau cœur reste la seule option. Parmi les stratégies envisagées, la régénération du tissu cardiaque par implantation de nouvelles cellules fonctionnelles est une option thérapeutique intéressante. L’utilisation de support biologique modulable mécaniquement et chimiquement pour apporter les cellules d’intérêt au cœur est en plein essor. Dans cette étude, trois biomatériaux différents ont été évalués dans un modèle animal d’insuffisance cardiaque : des feuilles de cellules souches, des matrices en nanofibres de collagène, et des hydrogels de chitosane. 1) L’utilisation de feuilles de cellules souches dérivées du tissu adipeux (ADSC) ou de myoblastes associées à des progéniteurs cardiaques murins a montré un intérêt thérapeutique dans un modèle animal de cardiomyopathie dilatée mais a également mis en évidence des difficultés d’obtention et de manipulation de ce type de biomatériau constitué uniquement de cellules. 2) L’étude principale du travail de thèse a consisté au développement d’une matrice formée de nanofibres de collagène constituant un support pour des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPS-CM) pour le traitement des cardiomyopathies dilatées. La mise en place des conditions d’obtention ainsi qu’une analyse de la biocompatibilité des matrices ont été réalisées. L’implantation des patchs de collagène a montré une amélioration significative de la fonction cardiaque mais également l’induction d’un remodelage bénéfique. L’association des matrices de collagène avec une couche de fibrine a permis l’amélioration de la rétention des cellules sur les biomatériaux. L’alignement des nanofibres est actuellement en cours d’étude afin de potentialiser la maturation et l’organisation des cellules hiPS-CM. 3) Une dernière étude concerne l’évaluation biologique d’un hydrogel naturel de chitosane non cellularisé dans un modèle d’infarctus du myocarde. Le chitosane est une molécule naturelle dont le potentiel angiogénique a été démontré. L’analyse de ces hydrogels a montré une biocompatibilité avec l’absence d’effet délétère sur la fonction cardiaque. L’innocuité des hydrogels de chitosane étant établie, il pourrait être envisagé, par la suite, d’utiliser ces supports pour apporter au cœur des molécules issues du sécrétome de cellules souches mésenchymateuse pour améliorer différents paramètres cardiaques. L’ensemble de ces résultats suggèrent que, dans un contexte d’insuffisance cardiaque, la greffe épicardique de biomatériaux, cellularisés ou non, représente une stratégie thérapeutique prometteuse avec une capacité de modulation physico-chimique importante.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-03509779 , version 1

Citer

Solène Boitard. Élaboration de différents biomatériaux dans une perspective thérapeutique de l’insuffisance cardiaque. Biologie cellulaire. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2016. Français. ⟨NNT : 2016PA066762⟩. ⟨tel-03509779⟩
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