New standardized and functionalized microcapsules : Applications to Type 1 Diabetes cell therapy
Nouvelles microcapsules fonctionnalisées et standardisées : Application à la thérapie cellulaire du diabète de type 1
Résumé
Cell therapy with allogenic pancreatic islets is a treatment used for type 1 diabetic patients for whom the usual insulin treatments does not work anymore. However, this therapy requires administration of an immunosuppressive treatment, that leads to many side effects and complications. The implantation of microencapsulated islets that become stealth to the host’s immune system consists in an alternative to immunosuppressive treatments. This technique presents very promising results in several clinical trials, but there are still many challenges that need to be tackled, to increase the durability of a functional graft. The FUTURCAPS project, in which this PhD is integrated, focused on improving two currently limiting points : the properties of the polymers used for the encapsulation, by using chemically modified alginates, that increase the mechanical stability of the capsules ; and the control in size and shape of the capsules, that enables to have an optimal diffusion barrier, by using a microfluidics flow focusing (MFFD) droplet generation system, developed at the CEA (Grenoble). To do this, the physicochemical properties of the different alginates were first characterized, and theoretical rheological models that define their behaviour were determined. Then, the parameters involved in the formation and gelation of the droplets were studied (viscosity, surface tension, contact angle, shear rate while forming the droplets, and gelation rate). Following these studies, monodisperse capsules (variation coefficients under 5 %) were obtained in microfluidics with the different alginates (that have very diverse properties), and these latter were characterized in terms of size, shape and permeability. Eventually, neo-natal pig, and human pancreatic islets were encapsulated in the alginates studied. The encapsulated islets viability was measured in vitro, and they have also been implanted in mice, in order to check for biotolerability and viability in vivo after 15 days.
La thérapie cellulaire à l’aide d’îlots pancréatiques allogéniques est un traitement utilisé chez les patient·e·s diabétiques de type 1 pour lesquel·le·s le traitement habituel à base d’insuline ne fonctionne pas ou plus. Cette thérapie nécessite cependant l’administration d’un traitement immunosuppresseur qui donne lieu à de nombreux effets secondaires et complications. Une alternative au traitement immunosuppresseur est l’implantation d’îlots de Langerhans microencapsulés qui deviennent furtifs au système immunitaire de l’hôte. Cette technique présente des résultats prometteurs dans différents essais cliniques, mais il reste de nombreux challenges pour augmenter la durabilité d’une greffe fonctionnelle. Le projet FUTURCAPS, dans lequel s’intègre cette thèse, s’est intéressé à l’amélioration de deux points de limitation actuels : les propriétés des polymères utilisés pour l’encapsulation, en utilisant des alginates modifiés chimiquement, permettant d’augmenter la stabilité mécanique des capsules ; et le contrôle de la taille et de la forme des capsules, permettant d’avoir une barrière de diffusion optimale, en utilisant un système microfluidique de génération de gouttes à focalisation d’écoulement (MFFD) développé au CEA de Grenoble. Pour cela, les propriétés physico-chimiques des différents alginates ont tout d’abord été caractérisées, et les modèles rhéologiques théoriques permettant de définir leurs comportements ont été établis. Par la suite, les paramètres entrant en jeu lors de la formation et de la gélification des gouttes ont été étudiés (viscosité, tension interfaciale, angle de contact, taux de cisaillement lors de la formation des gouttes et cinétique de gélification). Suite à ces différentes études, des capsules monodisperses (coefficients de variation inférieurs à 5 %) ont pu être formées en microfluidique avec les différents alginates (présentant des propriétés physico-chimiques très variées), et ces dernières ont été caractérisées en termes de taille, forme et perméabilité. Enfin, des îlots pancréatiques de porcs néo-nataux ainsi que des îlots humains ont été encapsulés dans les alginates étudiés. La viabilité de ces îlots encapsulés a été mesurée in vitro, et ils ont également été implantés dans des souris, afin de vérifier la biotolérabilité et viabilité in vivo après 15 jours.
Domaines
Médecine humaine et pathologie
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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