Développement de tissus vasculaires par bioimpression 3D

This thesis aims to develop a vascular tissue by the method of 3D bioprinting of living tissue. To carry out this work, a bioink composed of three natural biomaterials: gelatin, alginate, and fibrinogen, was formulated. An improvement in the manufacturing process of a 3D object by bioprinting as well as the development of a specific consolidation solution allowed the development of a three-dimensional cellular network. The particular use of culture medium at all stages of manufacture, from the preparation of the biomaterials to the consolidation of the object, has demonstrated a marked increase in cell proliferation. Rheological and histological characterizations were set up to demonstrate this increased proliferation. To develop vascular tissue, several technological approaches have been presented, following well-defined specifications: (i) tubular vascular biofabrication technology and (ii) planar vascular biofabrication technology. The methods of 3D bioprinting by micro-extrusion with 1 and 3 extruders, co-axial and tri-axial 3D bioprinting, 3D bioprinting in a constrained environment, 4D printing by enzymatic diffusion, bio- 3D printing by winding, have thus been studied to respond to the creation of a tubular, multilayer structure of centimeter size. Micro-extrusion 3D bioprinting and 4D bioprinting were presented to respond to the creation of a planar multilayer structure, biologically relevant, mimicking the vascular wall composed of an endothelial layer, d 'a layer of vascular smooth muscle cells, and a layer of fibroblasts. The last part of this thesis concerns the results of bioprinting, allowing to biofabricate a vascularized tissue. A study of the impact of communications between fibroblasts and endothelial cells, within a 3D environment, on the development of a complex network, was presented. A vascularized tissue organized by endothelial cells inside a dense extracellular matrix and neosynthesized by fibroblasts could thus be placed in 7 days. Histological characterizations demonstrated the presence of micro-vascularization and transmission electron microscopy technology characterized the formation of collagen and elastin fibers, secreted by fibroblasts.Cette thèse a pour objectif de développer un tissu vasculaire par la méthode de bio-impression 3D de tissus vivants. Pour mener à bien ces travaux, une bioencre composée de trois biomatériaux naturels : la gélatine, l’alginate et le fibrinogène, a été formulée. Une amélioration du processus de fabrication d’un objet 3D par bio-impression ainsi que le développement d’une solution de consolidation spécifique, a permis le développement d’un réseau cellulaire en trois dimensions. L’utilisation particulière de milieu de culture à toutes les étapes de fabrication, de la préparation des biomatériaux à la consolidation de l’objet, a démontré une augmentation de la prolifération cellulaire de manière conséquente. Des caractérisations rhéologiques et histologiques ont été mises en place afin de démontrer cette prolifération augmentée. Afin de développer un tissu vasculaire, plusieurs approches technologiques ont été présentées, suivant un cahier des charges bien définit : (i) la technologie de biofabrication vasculaire tubulaire et (ii) la technologie de biofabrication vasculaire plane. Les méthodes de bio-impression 3D par micro-extrusion à 1 et 3 extrudeurs, la bio-impression 3D co-axial et tri-axial, la bio-impression 3D en milieu contraint, l’impression 4D par diffusion enzymatique, la bio-impression 3D par enroulement, ont ainsi été étudiées pour répondre à la création d’une structure tubulaire, multicouche et de taille centimétrique. La bio-impression 3D par micro-extrusion et la bio-impression 4D ont, quant à elles, été présentées pour répondre à la création d’une structure multicouche plane, biologiquement pertinente, mimant la paroi vasculaire composée d’une couche endothéliale, d’une couche de cellules musculaires lisses vasculaires et d’une couche de fibroblastes. La dernière partie de ce travail de thèse concerne les résultats de bio-impression, permettant de biofabriquer un tissu vascularisé. Une étude de l’impact des communications entre les fibroblastes et les cellules endothéliales, à l’intérieur d’un environnement 3D, sur le développement d’un réseau complexe, a été présentée. Un tissu vascularisé organisé par les cellules endothéliales à l’intérieur d’une matrice extracellulaire dense et néosynthétisée par les fibroblastes, a ainsi pu être mise en place en 7 jours. Des caractérisations histologiques ont mis en évidence la présence d’une micro-vascularisation et la technologie de microscopie électronique à transmission a permis de caractériser la formation de fibres de collagène et d’élastine, sécrétées par les fibroblastes