L’ingénierie tissulaire représente un nouvel outil en chirurgie colorectale pour la prévention et le traitementdes fistules et pour la substitution sphinctérienne et rectale après chirurgie d’exérèse. Ce travail comprend :1) La sélection de la composante matricielle : in vivo, en remplacement d’un défect de paroi colique, 2matrices ont été comparées chez 16 lapins : groupe A, matrice de sous-muqueuse intestinale de porcdécellularisée (SIS, BioDesign®), référente; groupe B, matrice de chitosane, innovante. Les animaux étaientsacrifiés à 4 et 8 semaines. A 8 semaines, une régénération épithéliale plus précoce, un meilleur contrôle dela réponse inflammatoire avec un rapport de fibrose plus faible et l’obtention de quelques îlots de cellulesmusculaires lisses sont obtenus dans le groupe B.2) La confection d’un gel de délivrance cellulaire: in vitro, fibrine et chitosane ont été combinés selondifférentes formulations pour sélectionner un gel composite fibrine-chitosane, caractérisé par des testsmécaniques, de viabilité et de prolifération cellulaires et l’étude de son ultrastructure.3) Leur combinaison : in vivo, en remplacement d’un défect de paroi colique, nous avons comparé chez 20porcs la matrice acellulaire de chitosane à la matrice cellularisée par la fraction stromale vasculaireautologue, isolée et contenue dans le gel composite fibrine-chitosane. A 8 semaines, un recouvrementmuqueux complet de la zone implantée était observé dans les 2 groupes avec une régénération ad integrumde la paroi colique, y compris des cellules musculaires lisses confirmées par immunohistochimie, et unrapport de fibrose significativement plus faible dans le groupe cellularisé (15% vs. 50%, p=0,01). Enfin, unematrice de chitosane circonférentielle cellularisée a remplacé un défect colique de 2 cm de longueur chez 3porcs avec succès.Avec les critères de jugement tels que faisabilité technique, comportement matriciel et qualité de larégénération tissulaire, le chitosane présente un intérêt majeur pour la régénération tissulaire colorectale. / Tissue engineering is a new tool in colorectal surgery for the prevention and treatment of fistula and rectalsphincter substitution after surgery for resection. This work includes:1) The selection of the matrix component : in vivo, 2 matrices were compared in 16 rabbits: Group A, matrixof decellularized swine intestinal submucosa (SIS, BioDesign ®), or reference matrix; Group B, a three layersmatrix of Chitosan hydrogel, or new matrix. The animals were sacrificed at 4 and 8 weeks. At 8 weeks, earlierepithelial regeneration, better control of the inflammatory response with a lower fibrosis report and obtainingof some islets of smooth muscle cells are obtained in the B group.2) The conception of an optimal delivering cells system: in vitro, fibrin and Chitosan were combined accordingto different formulations for Select a composite gel fibrin-Chitosan, characterized by mechanical tests, viabilityand cellular proliferation and the study of its ultrastructure.3) Their combination: vivo, in lieu of a colonic wall defect, we compared, in 20 pigs, acellular Chtiosan matrixto Chitosan matrix cellularized by autologous stromal vascular fraction isolated and contained in the gelcomposite Chitosan-fibrin. At 8 weeks, a full mucosal recovery was observed in the 2 groups with recovery adintegrum of the colonic walls, including smooth muscle cells confirmed by immunohistochemistery. Thefiborsis ratio was significantly lower in the cellularized group (15% vs. 50%, p = 0, 01). Finally, a cellularizedmatrix of circumferential Chitosan has successfully implanted to replace a colonic defect of 2 cm in length in3 pigs success. With end points such as technical feasibility, matrix behavior and quality of tissueregeneration, Chitosan has a major interest for the Colorectal tissue regeneration.

La voie orale suscite un intérêt pour l'administration des médicaments anticancéreux, qui sont encore administrés essentiellement par voie parentérale. En effet, la biodisponibilité des principes actifs est fortement limitée par leurs propriétés physico-chimiques et des facteurs physiologiques. L'utilisation de systèmes à base de lipides et de nanoparticules polymères peuvent se montrer très performants pour surmonter certaines limitations. L'objectif de ce travail a consisté à développer deux familles de systèmes dispersés pour la voie orale contenant dans leur phase interne de l'huile de copaïba servant de véhicules à des médicaments anticancéreux comme le paclitaxel. Dans la première partie du travail a été consacrée au développement et à la validation de méthodes d’analyses de l’huile de copaiba par chromatographie en phase gaseuse et de dosage du paclitaxel dans l'huile de copaïba. Dans la deuxième partie du travail, des microémulsions d'huile de copaïba/eau ont été formulée en proposant une approche originale basée sur la complémentarité chimique des composés de l'huile et des tensioactifs. Cette approche a permis l'obtention de microémulsion contenant des fractions volumiques importantes de l'huile essentielle de copaïba (19.6%) tout en maintenant les concentrations en tensioactifs faible (13.7%). Du paclitaxel a pu être incorporé dans les microémulsions sans perturber notablement les caractéristiques du system. La troisième partie du travail a été consacré au développement de nanocapsules mucoadhésives contenant de l'huile de copaïba. La mise en œuvre d’un plan d’expérience a contribué à la formulation de nanocapsules incorporant du paclitaxel pouvant être marquée par une sonde fluorescente. La stabilité des nanocapsules a été étudiée dans des milieux gastrique et intestinaux simulés. Leur mucoadhésion a été évaluée sur des fragments de muqueuse intestinale prélevés chez le rat. Les résultats de ces travaux ont conduit au développement de deux formulations de paclitaxel dans des nanosystèmes originaux qui pourront par la suite être évalués pour en étudier leur capacité à délivrer l'agent anticancéreux par voie orale. / Anticancer drug are still mainly administered by the parenteral route. Oral delivery is limited the physicochemical properties of drugs and physiological. Systems based on lipids and polymeric nanoparticles may overcome these limitations. The aim of our project was to develop dispersed systems containing copaiba oil in their internal phase as vehicle for oral administration of paclitaxel, an anticancer drug, paclitaxel. The work was carried on in three parts. At first, methods of analysis of copaiba oil and of dosage of paclitaxel in this oil were developed and validated based on gas chromatography and HPLC respectively. Then, copaiba oil/water microemulsion was formulated from a new approach based on the pairing of chemical properties of the oil components and the surfactants. Stable microemulsion containing remarkably high amount of copaiba essential oil (volume fraction 19.6%) and a low surfactant concentration (13.7%) were obtained and could incorporate paclitaxel. Finally, an experimental design approach was proposed to develop mucoadhesive nanocapsules encapsulating copaiba oil, paclitaxel and that can be labeled with a fluorescent. These systems were tested for their ability to concentrate paclitaxel on the gut mucosa by evaluating their mucoadhesion using a ex vivo model based on the Ussing chambers. The nanosystems proposed in this work are ready for an evaluation for their capacity to deliver this anticancer drug by the oral route.

Mise en contexte : La réparation endovasculaire des anévrismes de l’aorte abdominale est limitée par le développement des endofuites, qui nécessite un suivi à long terme par imagerie. L’élastographie sonore de déformation a été proposée comme méthode complémentaire pour aider à la détection des endofuites et la caractérisation des propriétés mécaniques des anévrismes. On s’intéresse ici également à la possibilité de suivre l’embolisation des endofuites, qui est indiquée dans certains cas mais dont le succès est variable. Un nouvel agent d’embolisation a été récemment créé en combinant un hydrogel de chitosane radio-opaque (CH) et le sclérosant tetradecyl sulfate de sodium (STS), qui s’appelle CH-STS. Le CH-STS démontre des propriétés mécaniques in vitro favorables, mais son comportement in vivo et son effet sur l’évolution du sac par rapport à un agent non-sclérosant pourraient être mieux caractérisés. L’objectif de cette étude était la caractérisation des propriétés mécaniques des composantes des endofuites embolisées avec CH-STS et CH avec élastographie sonore de déformation. Méthodologie : Des anévrismes bilatéraux avec endofuites de type I ont été créés au niveau des artères iliaques communes chez neuf chiens. Chez chaque sujet, une endofuite a été embolisée avec CH, et l’autre, avec CH-STS, d’une façon aléatoire et aveugle. Des images d’échographie duplex et des cinéloops pour élastographie sonore de déformation ont été acquis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et (chez 3 sujets) 6 mois post-embolisation. La tomodensitométrie a été faite à 3 mois et (si pertinente) 6 mois post-embolisation. L’histopathologie a été faite au sacrifice. Les études radiologiques et les données d’histopathologie ont été co-enregistrées pour définir trois régions d’intérêt sur les cinéloops : l’agent d’embolisation (au sacrifice), le thrombus intraluminal (au sacrifice) et le sac anévrismal (pendant chaque suivi). L’élastographie sonore de déformation a été faite avec les segmentations par deux observateurs indépendants. La déformation axiale maximale (DAM) a été le critère d’évaluation principal. Les analyses statistiques ont été faites avec des modèles mixtes linéaires généralisés et des coefficients de corrélations intraclasses (ICCs). Résultats : Des endofuites résiduelles ont été trouvées dans 7/9 (77.8%) et 4/9 (44.4%) des anévrismes embolisés avec CH et CH-STS, respectivement. Le CH-STS a eu une DAM 66 % plus basse (p < 0.001) que le CH. Le thrombus a eu une DAM 37% plus basse (p = 0.010) que le CH et 77% plus élevée (p = 0.079) que le CH-STS. Il n’y avait aucune différence entre les thrombi associés avec les deux traitements. Les sacs anévrismaux embolisés avec CH-STS ont eu une DAM 29% plus basse (p < 0.001) que ceux embolisés avec CH. Des endofuites résiduelles ont été associées avec une DAM du sac anévrismal 53% plus élevée (p < 0.001). Le ICC pour la DAM a été de 0.807 entre les deux segmentations. Conclusion : Le CH-STS confère des valeurs de déformations plus basses aux anévrismes embolisés. Les endofuites persistantes sont associées avec des déformations plus élevées du sac anévrismal. / Background: Endovascular aneurysm repair (EVAR) is the modality of choice for the treatment of abdominal aortic aneurysms (AAAs). EVAR is limited by the development of endoleaks, which necessitate long-term imaging follow-up. Conventional follow-up modalities suffer from unique limitations. Strain ultrasound elastography (SUE) has been recently proposed as an imaging adjunct to detect endoleaks and to characterize aneurysm mechanical properties. Once detected, certain endoleaks may be treated with embolization; however, success is limited. In this context, the embolic agent CH-STS—containing a chitosan hydrogel and the sclerosant sodium tetradecyl sulphate (STS)—was created. CH-STS demonstrates favorable mechanical properties in vitro; however, its behavior in vivo and impact on sac evolution compared to a non-sclerosing chitosan-based embolic agent (CH) merit further characterization. Purpose: To compare the mechanical properties of the constituents of endoleaks embolized with CH and CH-STS—including the agent, the intraluminal thrombus (ILT), and the overall sac—via SUE. Methods: Bilateral common iliac artery aneurysms with type I endoleaks were created in nine dogs. In each animal, one endoleak was randomly embolized with CH, and the other with CH-STS. Duplex ultrasound (DUS) and radiofrequency cine loops were acquired at 1 week, 1 month, 3 months, and—in 3 subjects—6 months post-embolization. Contrast-enhanced CT was performed at 3 months and—where applicable—6 months post-embolization. Histopathological analysis was performed at time of sacrifice. Radiological studies and histopathological slides were co-registered to identify three regions of interest (ROIs) on the cine loops: embolic agent (at sacrifice), ILT (at sacrifice), and aneurysm sac (at all follow-up times). SUE was performed using segmentations from two independent observers on the cine loops. Maximum axial deformation (MAD) was the main outcome. Statistical analysis was performed using general linear mixed models and intraclass correlation coefficients (ICCs). Results: Residual endoleaks were identified in 7/9 (77.8%) and 4/9 (44.4%) aneurysms embolized with CH and CH-STS, respectively. CH-STS had a 66 % lower MAD (p < 0.001) than CH. The ILT had a 37% lower MAD (p = 0.010) than CH and a 77% greater MAD (p = 0.079; trending towards significance) than CH-STS. There was no difference in the ILT between treatment groups. Aneurysm sacs embolized with CH-STS had a 29% lower MAD (p < 0.001) than those with CH. Residual endoleak increased MAD of the aneurysm sac by 53% (p < 0.001), regardless of the agent used. The ICC for MAD was 0.807 between readers’ segmentations. Conclusion: CH-STS confers lower strain values to embolized aneurysms. Persistent endoleaks result are associated with increased sac strain, which may be useful for clinical follow-up.

Ce travail a eu pour objectif la mise au point d'un nouveau procédé de filage par voie humide dans des conditions de coagulation interrompue pour la formation des fibres creuses mono- et multi-membranaire à base d’hydrogels de chitosane. Pour cela, l’étude du rôle des paramètres de filage (vitesse d’extrusion et d’étirage) et des paramètres physico-chimiques de coagulation (concentration du collodion, nature et concentration de l’agent coagulant) a d'abord permis d’élaborer des fibres creuses à partir d’un macrofilament liquide. Cette approche a été généralisée pour la fabrication de fibres creuses multi-membranaires en mettant au point un procédé de neutralisation à plusieurs étapes au moyen de bains successifs coagulation/lavage conduisant ainsi à la formation d’un assemblage de membranes et d’espaces membranaires. En modifiant la viscosité du collodion et la nature et concentration de la base neutralisante, la microstructure des hydrogels de chitosane a été analysée par diffusion/diffraction de rayonnement (X et lumière) et microscopie électronique. Selon les conditions de coagulation, il est possible de former des hydrogels par assemblages d'agrégats ou encore des structures bien organisées comme les gels de chitosane avec micro-canaux. En résumé, ce travail a permis d’apporter de nouveaux éléments sur le phénomène de coagulation du chitosane pour la formation d’une large gamme de matériaux bio-inspirés "leurres des milieux biologiques" à propriétés biologiques contrôlées pour l'ingénierie tissulaire: tube creux ou multi-membranaires comme substituts vasculaires, ou comme guides pour régénération nerveuse / The main objective of this work was to develop an interrupted wet-spinning process for the elaboration of hollow and multi-membrane chitosane fibers. The knowledge of the specific role of the processing parameters (extrusion rate and coagulation time) and physico-chemical parameters of coagulation (chitosane dope concentration, nature and concentration of the coagulant agent) allow us to elaborate hollow fibers from a liquid macrofiber of chitosane by interrupting the coagulation step through water washing. This approach was generalized for the elaboration of multi-membrane hollow fibers by alternating coagulation baths and water washing baths in a sequenced coagulation process. By modifying the dope viscosity and the nature and concentration of the coagulant agent, the microstructure of chitosan hydrogels was studied by specific scattering and microscopy techniques. Depending on the coagulation conditions, it was possible to process hydrogels with different microstructure consisting of aggregates assembled into micrometric clusters or capillary gels with more organized structures of periodic parallel micro-channels. This work opens the way to elaboration of a wide range of chitosan physical hydrogels based on the concept of “decoy of biological media” with tuneable biological properties for tissue engineering: hollow tubes and multi-membrane tubes as blood vessel substitutes or nerve guides

Nos travaux ont porté sur le développement d'une méthode contrôlée de complexation de polyélectrolytes. La complexation est un processus spontané, sous contrôle cinétique et irréversible dans le cas de polysaccharides tels que le chitosane et les polysulfates, essentiellement le sulfate de dextrane ou l'héparine. Une conséquence de ce contrôle cinétique est que l'obtention d'objets de taille colloïdale requiert de travailler à fortes dilutions. De plus, les nanovecteurs obtenus ne sont pas toujours compatibles avec des conditions d'utilisation dans des milieux physiologiques. Le contrôle de l'association de polysaccharides se fait par écrantage des interactions électrostatiques attractives en présence de chlorure de sodium à la concentration au moins égale à 2 mol.L-1. L'élimination du sel par dialyse induit la formation d'hydrogels dont les caractéristiques et les propriétés dépendent principalement du rapport de charges n+/n- et de la cinétique d'élimination du sel. Ainsi, l'on peut former des hydrogels massifs ou des systèmes dispersés à des concentrations en polymères jusqu'à 30 fois plus élevées que par les méthodes sous contrôle cinétique. De plus, cette technologie permet l'encapsulation des principes actifs dans les particules qui peuvent aussi être fonctionnalisées par des biomolécules d'adressage. Le résultat majeur de ce travail réside en la maîtrise des associations entre polysaccharides de charges opposées, permettant d'obtenir des systèmes colloïdaux et massifs à fort potentiels d'applications biomédicales / Our work dealt with the development of a controlled method of polyelectrolyte complexation. The complexation is a spontaneous process, under kinetic control and irreversible in the case of polysaccharides such as the chitosan and polysulfates, essentially dextran sulfate or heparin. A consequence of this kinetic control is the requirement to work at high dilution to obtain objects of colloidal size. Moreover, the obtained nanovectors were not always adapted for use in physiological media. The control of the association of polysaccharides was achieved by screening the attractive electrostatic interactions in the presence of sodium chloride at concentration at least equal to 2 mol. L-1. Removal of salt by dialysis resulted in the formation of hydrogels, whose characteristics and properties depended mainly on the charge ratio n +/ n- and the kinetics of the salt elimination. Thus, massive or dispersed hydrogels were formed at polymer concentrations up to 30 times higher than by the methods under kinetic control. Furthermore, this technology allowed the encapsulation of active ingredients in the particles that could also be functionalized with biomolecules for targeting. The major result of this work was the control over the associations between oppositely charged polysaccharides which provided colloidal and massive systems of high potentialities in biomedical applications

Ce travail concerne le développement de nouvelles méthodes de filage du chitosane ainsi que l’étude des propriétés morphologiques, mécaniques et biologiques des fibres obtenues, en vue de leur utilisation sous forme de fils et textiles dans des applications biomédicales (en particulier, la constitution de prothèses pariétales pour la chirurgie viscérale et de pansements pour le traitement des plaies chroniques). Les monofilaments sont élaborés à partir de solutions hydroalcooliques de chitosane. Les deux procédés décrits sont basés sur la gélification physique du polymère sans utiliser d’agent réticulant externe. L’étude systématique des paramètres physico-chimiques mis en jeu au cours de la formation des fibres a permis de déterminer les paramètres clés permettant le contrôle de la morphologie cristalline des fibres, notamment les fractions cristalline anhydre et hydratée. Les propriétés mécaniques des fibres de chitosane sont stables au moins jusqu'à 6 mois de stockage à l'ambiante, et ont pu être optimisées en jouant à la fois sur des paramètres « procédé » (étirages du filament aux différentes étapes du procédé d’élaboration) et sur des paramètres physicochimiques (concentration en chitosane dans le collodion, masse moléculaire du polymère et composition du solvant hydroalcoolique). L’observation de la morphologie des fibres à différentes échelles par diffusion/diffraction des rayons X et microscopie électronique en relation avec les propriétés mécaniques a permis d’appréhender l'évolution microstructurale au cours de l'étirage, notamment le mécanisme de formation de fibrilles d'une part, et les échelles clés pour l'interprétation du comportement à rupture des fibres (morphologie en agrégats de 100-300 nm). Enfin, une implantation en souscutané chez le rat de fibres de chitosane possédant différentes morphologies cristallines (anhydre et hydratée) a validé le potentiel de ces fibres pour leurs applications biologiques avec une excellente tolérance des biomatériaux implantés (réponses inflammatoire et tissulaire très limitées) et une faible biodégradabilité après 90 jours d'implantation / This work deals with the development of new chitosan fiber spinning processes and the study of morphological, mechanical and biological properties of obtained fibers, in the perspective of their use as yarns or textiles in biomedical applications (in particular, the design of abdominal reinforcement meshes for visceral surgery and wound dressings for the treatment of chronic wounds). The monofilaments were elaborated from hydroalcoholic chitosan solutions. The two processes that we described are based on the physical gelation of the polymer without using any external crosslinking agent. The systematic study of physico-chemical parameters occurring during the fiber formation allowed to determine the key parameters controlling the crystalline morphology of fibers, especially the anhydrous and hydrated crystalline fractions. The mechanical properties of chitosan fibers are stable at least up to 6 months of storage at ambient atmosphere, and were optimized by acting on processing parameters (filament stretching at different steps of its elaboration) and physico-chemical parameters (chitosan concentration in the dope, molecular weight of the polymer and composition of the hydroalcoholic solvent). The observation of the fiber morphology at different length scales by X-ray diffusion/diffraction and electronic microscopy in relation to their mechanical properties allowed us to comprehend the microstructural evolution during fiber stretching, including the mechanism of fibril formation and the key length scales to understand the behaviour at break of fibers (100-300 nm aggregate morphology). Finally, a subcutaneous implantation of chitosan fibers with different crystalline morphologies (anhydrous and hydrated) validated the potential of these fibers in their biological applications with an excellent tolerance of implanted biomaterials (very low inflammatory and tissue reactions) and a low biodegradability after 90 days of implantation

Ce travail est consacré à l'élaboration de nano-complexes polyélectrolytes (CPEs) ayant une stabilité améliorée en milieux physiologiques et à l'exemplification de leur fort potentiel d'application comme système de délivrance de (macro) molécules bioactives. Le chitosane comme polycation a été compléxé avec quatre polyanions naturels ayant différents densités de charges et groupements fonctionnels(-COO- et SO3-) à savoir l'acide hyaluronique (HYA), le chondroïtine sulfate (ChonS), le sulfate de dextrane (DS) et l'héparine (HEP). Les facteurs qui influent sur la formation et les propriétés physico-chimiques des nano-complexes chitosane-HYA ont été étudiés. Ces nanovecteurs perdent leur caractère colloïdal en milieux physiologiques. Pour améliorer leur stabilité dans ces conditions, une stratégie innovante qui implique l'ajout de zinc a été conçue. Cette stratégie de stabilisation a été démontrée comme étant polyvalente et a été étendue aux complexes polyélectrolytes (CPEs) chitosane-ChonS. Même si de cette manière une stabilité à long terme a été observée, cette stratégie reste uniquement applicable aux CPEs cationiques. Pour cette raison, une approche alternative permettant l'amélioration de la stabilité des colloïdes à charges positives ou négatives a été mise en oeuvre en concevant des nano-complexes de type coeur-couronne ternaires composés de polyacides forts c'est-à-dire de DS ou d'HEP associés au chitosane en coeur et un complexe chitosane-HYA en couronne. Tous les nano-complexes stables obtenus peuvent encapsuler le ténofovir, une molécule antirétrovirale et être fonctionnalisés par des IgAs de ciblage. En in vitro, ces nanovecteurs montrent une inhibition de l'infection des PBMC par le virus VIH-1 supérieure à l'antirétrovirale seule / This work is devoted to the elaboration of nano-polyelectrolyte complexes (PECs) systems with improved stability in physiological media and to the establishment of their high potential of applications as bioactive (macro) molecule delivery systems. Chitosan as polycation were complexed with four natural polyanions of different charged groups and densities (-COO- and SO3 - as negative charges), namely hyaluronan (HYA), chondroitin sulfate (ChonS), dextran sulfate (DS) and heparin (HEP). The factors impacting the formation and physical-chemical properties of chitosan-HYA nanocomplexes were investigated. However, these nanovectors lost their colloidal character in physiological media. To improve their colloidal stability in physiological conditions, an innovative stabilization strategy was designed, involving zinc ion. This stabilization strategy proved versatile and was extended to chitosan-ChonS PECs. Though a long-term stability was achieved, this strategy was only applicable to cationic PECs. Therefore, an alternate approach enabled the improvement of the colloidal stability in physiological media of both positive and negative colloids by designing core-shell ternary polyelectrolyte nanocomplexes composed of strong polyacid (DS or HEP)-chitosan PECs as core and a chitosan-HYA complex as shell. Furthermore, all of the stabilized nanocomplexes allowed the encapsulation of active molecules anti-retroviral drug tenofovir and surface functionalization with targeting IgAs. In vitro, these nanovectors exhibited an inhibition of infection of PBMCs by HIV-1 virus which could be superior to the free drug

Au cours des 30 dernières années, d'importants progrès ont été faits dans le domaine de l'oncologie. Les cancers pédiatriques ont été les grands bénéficiaires des progrès des thérapies anticancéreuses et aujourd'hui, le cancer de l'enfant peut être soigné, dans les pays développés, dans 75 à 80% des cas. Cependant, ces thérapies sont connues pour leurs effets gamétotoxiques, et seulement 33 % des garçons qui ont survécu à leur cancer durant l'enfance produisent du sperme de bonne qualité une fois arrivé à l'âge adulte. Actuellement, la seule mesure de préservation envisageable pour ces enfants est de procéder à un prélèvement et à une cryoconservation de tissu testiculaire. Aujourd'hui, il est donc important de mettre au point un procédé capable de produire des spermatozoïdes à partir de tissus testiculaire dans le but de restaurer leur fertilité. Pendant plusieurs décennies, les biologistes de la reproduction ont essayé de développer une technologie pour accomplir in vitro la spermatogenèse chez les mammifères. Malgré des investissements importants dans la recherche, aucune méthode n'a permis de reproduire in vitro l'ensemble de ce processus chez l'homme. Dans cette étude, la société de biotechnologie Kallistem a développée, en collaboration avec des partenaires académiques incluant le laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères (projet ARTIS financé par la Canceropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) un système de culture tridimensionnel constitué d'un hydrogel de chitosane capable de réaliser in vitro l'ensemble de la spermatogenèse chez différents mammifères incluant l'homme. Le système de culture 3D est un hydrogel physique de chitosane sous forme de tube obtenu après neutralisation d'une solution aqueuse de chitosane, sans aucun agent réticulant. Avantageusement, le tissu testiculaire est confiné dans la lumière du tube ce qui permet de conserver l'architecture 3D in vivo des tissus. L'influence de plusieurs paramètres structuraux du chitosane et de paramètres liés au procédé d'élaboration sur la microstructure, les propriétés mécaniques et de diffusion des hydrogels a été évaluée, dans le but d'optimiser la capacité du système de culture à assurer la survie et la différentiation cellulaire / During the past 30 years, huge progress has been performed in the field of oncology. In particular, pediatric cancers have been the beneficiaries and can now achieve cure rates of 75-80% in developed countries. However, cancer therapies are known for their gametotoxic effects and only 33% of male children who have survived cancer during childhood produce sperm of normality quality when they are adults. Currently, the only feasible conservation protocol for these boys is to make a collection and cryopreservation of their testicular tissue. There is thus a need to provide a process enabling to produce spermatozoa starting from testicular tissue in order to restore fertility. For several decades, reproductive biologists have been trying to develop a technology to achieve spermatogenesis in vitro in mammals. Despite sustained investment in research, no method has now reproduced in vitro this entire process in humans. In this work, Kallistem (Biotech Company) has developed, in collaboration with academic laboratories including “Polymer Materials Engineering” laboratory (project ARTIS financed by the Cancéropôle Lyon Auvergne Rhône-Alpes) a 3D culture system made of chitosan hydrogel enabling to make a complete spermatogenesis in vitro in several mammals including human. The 3D culture system is a tube of chitosan physical hydrogel obtained from neutralization of aqueous chitosan solution, without any external cross-linking agent. Advantageously, the testicular tissue is confined in the lumen of tube which enables to reproduce in vivo 3-dimensional architecture. The impact of several material and processing parameters on microstructure, mechanical and diffusion properties of resulting hydrogels was evaluated, in order to optimize the culturing and maturation ability of 3D culture system

L’objectif de ce travail de recherche est le développement d’un biomatériau original permettant la libération retardée de principes actifs afin de résoudre les problématiques de diffusion trop rapide ou incontrôlée souvent rencontrées avec les systèmes de délivrance classiques. Un assemblage « hybride » composé de liposomes incorporant le principe actif, eux-mêmes incorporés dans un hydrogel physique de chitosane a été mis au point dans le cadre de ce travail. Pour élaborer ce système, une suspension de liposomes préformés est ajoutée à une solution de chitosane avant sa gelification. Une caractérisation des différents composants ainsi qu’une optimisation de ce processus d’élaboration ont été effectuées au cours de cette thèse. Les propriétés de relargage ont été étudiées via l’incorporation d’une molécule hydrosoluble jouant le rôle de modèle de principe actif. La carboxyfluorescéine (CF), dosable par fluorescence, a permis de confirmer le concept de « relargage retardé » : la quantité de CF libérée au cours du temps est plus élevée lorsque cette dernière est directement incorporée dans l’hydrogel, par rapport au cas où elle est intégrée dans l’assemblage « hybride ». Sur la base de ces résultats, l’incorporation et le relargage de deux principes actifs, la rifampicine (RIF), un antibiotique à large spectre, et la lidocaïne, un anesthésique local anti-arythmique, ont également été étudiées. Ce travail a permis de confirmer les résultats obtenus pour la molécule modèle, à savoir un retard au relargage significatif pour les assemblages par rapport aux hydrogels sans liposome. Diverses caractérisations ont également été menées pour examiner les propriétés rhéologiques et la morphologie de ces assemblages. Ces résultats représentent une avancée intéressante pour la valorisation de tels assemblages « hybrides » dans le domaine biomédical, et mettent en évidence le rôle des liposomes en tant que « réservoirs » de principes actifs au sein même de ces assemblages. / This work deals with the development of an original biomaterial in view of its application as drug delayed-release device in biomedical area. To overcome classic issues that may be encountered with common drug delivery systems such as the “burst effect” or fast outside diffusion of drugs, a « hybrid » system composed of liposomes entrapped within a chitosan physical hydrogel was developed. Its elaboration process consists in the addition of a suspension of pre-formed phosphatidylcholine liposomes within a chitosan solution before gelation process. A characterization of different components of the system and an optimization of the elaboration process were achieved. The release properties were firstly investigated using a water-soluble fluorescent model molecule, carboxyfluorescein (CF). The concept of delayed-release was confirmed. Indeed, the release of CF, assayed by fluorescence spectroscopy, was found to be higher in the “drug-in-hydrogel” systems in comparison with the “drug-in-liposomes-in-hydrogels” ones. Based on these results, the release of two drugs, rifampicin (RIF), a broad spectrum antibiotic, and lidocaine (LID), a local anaesthetic and anti-arrhythmic drug, were also studied. This work corroborated the data obtained for the model molecule, that is to say a significant delayed release for « hybrid » systems in comparison to hydrogels without liposome. Various characterizations were carried out to examine rheological properties and morphologies of assemblies. These first results showed that such systems could be a step forward in drug delivery, and highlighted the use of liposomes as drug « reservoirs » within assemblies.

Le travail présenté dans le manuscrit concerne la conception d'un dispositif médical de classe III pour des applications en ingénierie tissulaire du derme et du disque intervertébral.Il s'agit d'une solution aqueuse de chitosane, stérilisée par autoclave, et dont le pH et l'osmolarité ont été ajustés selon un procédé de dialyse classique. Cette solution possède des propriétés de gélification in situ innovantes, ce qui lui confère de très bonnes propriétés mécaniques quelques minutes après l'injection, sans l'utilisation d'agents de réticulation mais de façon modulable en fonction de la concentration en polymère. De plus, cette solution possède une bonne injectabilité favorisant le développement d'une technique d'implantation mini-invasive pour la régénération du derme et du disque intervertébral. Un critère de performance rhéologique a notamment été mis au point afin de relier l'injectabilité aux propriétés mécaniques de l'injectât (dermal filler).Les propriétés mécaniques de l'injectât gélifié doivent être comparables au tissu natif en particulier pour le dermal filler mais aussi pour le disque intervertébral. Le comportement mécanique viscoélastique du disque intervertébral a été évalué par des essais de relaxation de contraintes et modélisé avec un modèle de Maxwell solide à trois branches. Ces essais ont été conduits sur des disques sains, ayant subi une altération de structure (fenestration) et après l'injection de biopolymères.La solution de chitosane a été injectée (i) dans le tissu cutané de deux modèles animaux : le porc et le rat et (ii) dans le disque intervertébral de deux modèles animaux : le porc et le lapin. La biocompatibilité ainsi que la réponse biologique de solutions/gels physique de chitosane in vivo ont été validées pour tous ces modèles animaux / This work deals with the conception of a class III medical device for applications in tissue engineering of dermis and intervertebral disc.This device consists in an aqueous chitosan solution, sterilized by autoclaving, with pH and osmolality adjusted by a dialysis process. This chitosan solution shows in situ gelation ability with a post-injection increase of mechanical properties. This feature is related to polymer concentration, gelation time, and is performed without external cross-linking agent. In addition, the solution exhibits a good injectability allowing the development of minimally invasive techniques to treat dermis and intervertebral disc diseases. A rheological performance criterion was defined linking injectability to mechanical properties of the implant (dermal filler).Mechanical properties of gel implant formed in contact with body fluids, in situ, have to be similar to that of native tissues. The viscoelastic behavior characterization of intervertebral disc was performed using stress relaxation and was modeled using a generalized solid Maxwell model (composed of three Maxwell elements). The tests were performed on healthy disc, fenestrated discs and after biopolymers injection.Chitosan solutions were injected into (i) porcine and rat cutaneous tissue and (ii) porcine and rabbit intervertebral discs. The biocompatibility and biofunctionality of chitosan solutions and physical hydrogels was evidenced in vivo for all animals