Le collagène de type I osseux subit une série de modifications post-traductionnelles au cours du processus de maturation. Un certain nombre de ces modifications sont quantifiables par dosage : c’est le cas des molécules de pontage enzymatiques pyridinoline (PYD) et désoxypyridinoline (DPD), de la pentosidine (PEN) qui est un produit de glycation, et de la forme native (α) et isomérisée (β) des C-télopeptides (α et β CTX) du collagène de type I. A l’aide d’un modèle de maturation in vitro d’os bovin foetal, nous avons montré que le taux de solubilisation du collagène osseux par la cathepsine K augmente avec la durée d’incubation des os à 37°C. Nous avons également montré que cette augmentation est corrélée au taux des modifications post-traductionnelles du collagène mesurées. Lors d’une étude précédente utilisant ce même modèle de maturation d’os foetal, nous avions déterminé que les modifications post-traductionnelles du collagène osseux influençaient les propriétés mécaniques de l’os. Dans le cadre de ce travail de thèse et pour compléter cette étude, nous avons mis au point un modèle pour étudier isolément l’influence des molécules de pontage PYD et DPD sur les propriétés mécaniques de l’os. Ce modèle utilise de l’os cortical bovin traité aux U.V. puis soumis à des tests de flexion trois points. Dans la même optique, nous avons contribué à la mise au point d’un dosage en chromatographie en phase liquide à haute performance qui permet de quantifier à la fois les formes matures et immatures des molécules de pontage pyridinoliques (PYD, DPD, HLNL et DHLNL) sur le même chromatogramme / Type I bone collagen undergoes a series of posttranslational modifications during maturation process. Some of them are quantifiable by assays: the enzymatic cross-links pyridinoline (PYD) and deoxypyridinoline (DPD), the advanced glycation end product pentosidine (PEN), and the native (α) and isomerized (β) forms of the type I collagen C-telopeptides (α and β CTX). With an in vitro model of bovine fetal bone maturation, we showed that bone collagen solubilization by cathepsin K increases with the duration of bone incubation at 37°C. We also showed a correlation between this increase of solubilization and the level of measured collagen posttranslational modifications. In a previous study, using the same fetal bovine bone maturation, our results had suggested a link between bone collagen posttranslational modifications and bone mechanical properties. In the aim to complete this study, we developed a model to focus on PYD and DPD influence in bone mechanical properties. This model uses bovine cortical bone subjected to ultraviolet light before three points binding tests. In the same purpose, we contributed to develop a High-Performance Liquid Chromatography essay, quantifying mature and immature forms of pyridinium crosslinks (PYD, DPD, HLNL and DHLNL) in an unique chromatogram

L'organisme humain présente de nombreuses constantes de régénération tissulaires et c'est cette caractéristique essentielle qui maintient l'équilibre physiologique. Toutefois, l'existence de lésions importantes provoquée par un déséquilibre interne ou externe peut empêcher l'organisme de s'auto-régénerer. Dans ce cas, l'application des biomatériaux développés pour des applications biomédicales peuvent améliorer le processus de guérison. Pour les applications en tissus durs, les biomatériaux doivent posséder des propriétés similaires aux matrices naturelles tant sur le plan biologique que physico-mécanique. Dans les applications en bioingénierie osseuse, les composites à base de collagène (Col) et d'hydroxiapatite (HA) sont devenus tellement performant qu'ils peuvent être classifiés comme des matériaux biomimétiques. Cette thèse propose la production d'une matrice 3-D poreuse à base d'HA et de Col (50:50wt%). Ce composite réticulé par le glutaraldéhyde a été caractérisé par des différentes techniques et servira de support pour la culture cellulaire. Des cellules estromales ostéoprogénitrices ont été cultivées dans un environnement statique et dynamique (deux vitesse de flux) et leurs capacités de colonisation ainsi que leurs comportements d'adhésion, de prolifération, de différentiation seront observés. A travers les résultats de diffraction de rayons X et de spectroscopie infrarouge, il est possible d'affirmer la présence dans la matrice collagène d'une phase minérale peu cristalline constituée par de l'hydroxiapatite carbonatée du type-B déficiente en calcium. La viabilité cellulaire a été fortement influencée par les systèmes de culture au cours des 21 jours. Les résultats du système dynamique en haute vitesse montrent une excellente capacité du composite à supporter les processus cellulaires. Les cellules sont capables d'adhérer, de proliférer et de coloniser la matrice tridimensionnelle.

L'objectif de ce travail était de mettre au point un système de culture tridimensionnel compartimenté pour la différentiation de cellules neurales et la croissance des neurites en 3D. Les matériaux biomimétiques permettent l'élaboration de microenvironnements contrôlés qui peuvent orienter la réponse cellulaire. Ils sont particulièrement intéressants pour les études fondamentales visant à étudier des voies de signalisation impliquées dans des processus physiologiques ou pathologiques. Nous nous sommes intéressés à la maladie d'Alzheimer, où l'on observe des neurites dystrophiques associés aux plaques amyloïdes. Aucune relation n'a été réellement établie entre l'interaction neurites - agrégats, leur dystrophie et la mort neuronale. Dans un premier temps, nous avons décrit et caractérisé la structure et les propriétés de matrices de collagène fibrillaire d'épaisseur calibrée. Ensuite, nous avons mis au point la fonctionnalisation de ces matrices avec des facteurs de croissance neurotrophiques (NGF et BDNF). Deux techniques ont été étudiées : l'imprégnation/libération et le couplage covalent. Ces matrices fonctionnalisées ont été validées comme support pour la différenciation de cellules nerveuses (PC-12 et SH-SY5Y) par des études de la morphologie cellulaire. Enfin, nous avons caractérisé des agrégats amyloïdes (Aβ) formés à l'intérieur des matrices de collagène par co-précipitation du peptide Aβ avec le collagène et nous avons étudié leur toxicité sur les cellules neurales. / The objective of this work was to develop a 3D compartmented cell culture set-up that allow the differentiation of nerve cells and the growth of neurites in the matrix depth. Biomimetic materials enable the formation of controlled microenvironments that orient cell behavior. They are particularly interesting for fundamental studies that aim to study signaling pathways involved in physiologic or pathologic processes. We focused on Alzheimer's disease, in which dystrophic neurites are associated to amyloid plaques. No direct relationship has yet been established between Aβ aggregates-neurite interaction, neurite dystrophy and cell death. First, we described and characterized the structure and properties of fibrillar collagen matrices with adapted thickness. Then, we adjusted functionalization of these matrices with neurotrophic growth factors (NGF and BDNF). Two methods were studied: impregnation/release and covalent coupling. Cell morphology studies confirmed that these functionalized matrices were efficient supports for nerve cells differentiation (PC-12 and SH-SY5Y). Finally, we have characterized Aβ aggregates that were formed inside collagen matrices by coprecipitation of amyloid peptide and collagen and we studied their toxicity on neural cells.

Contexte : l'aldostérone (Aldo) est impliquée dans la rigidité artérielle et l'insuffisance cardiaque (IC), mais les mécanismes sous-jacents restent méconnus. La galectine-3 (Gal-3), une lectine se liant aux bêta-galactoside, joue un rôle important dans la fibrose et l'IC. Dans cette étude, nous avons recherché si la Gal-3 était impliquée dans la fibrose vasculaire induite par l'Aldo. Méthodes et résultats : Des cellules musculaires lisses vasculaires de rat (CMLVs) ont été stimulées avec de l'Aldo en combinaison avec des antagonistes du récepteur minéralocorticoïde (MR) ou des inhibiteurs de la Gal-3. L'Aldo régule l'expression de la Gal-3 via le MR dans les CMLVs. De plus, la surexpression de la Gal-3 augmente spécifiquement la synthèse de collagène de type I. Les inhibiteurs de la Gal-3 ou sa sous-expression (siRNA) bloquent la synthèse de collagène de type I induite par l'Aldo. Des rats ont été traités avec de l'Aldo + sel combiné avec du spironolactone ou de la pectine de citron modifiée (MCP) pendant 3 semaines. Les rats hypertensifs traités à l'Aldo ont présenté une hypertrophie vasculaire, une fibrose et une augmentation de l'expression aortique de Gal-3. Les traitements avec le spironolactone ou le MCP préviennent tous ces effets. Des souris sauvages (WT) et mutées pour la Gal-3 (KO) ont été traitées avec de l'Aldo pendant 6 heures. Le bolus d'Aldo augmente l'expression de la Gal-3 et du collagène de type I dans l'aorte des souris WT alors qu'aucun changement ne se produit dans les souris KO pour la Gal-3. Conclusions : Nos donnés indiquent que la Gal-3 est indispensable à la réponse fibrotique de l'Aldo dans les CMLVs in vitro et in vivo, suggérant un rôle clef pour la Gal-3 dans la fibrose vasculaire / Background. Aldosterone (Aldo) is involved in arterial stiffness and heart failure (HF), but the mechanisms have remained unclear. Galectin-3 (Gal-3), a beta-galactoside-binding lectin, plays an important role in fibrosis and HF. We here investigated whether Gal-3 is involved in Aldo-induced vascular fibrosis. Methods and Results. Rat vascular smooth muscle cells (VSMCs) were stimulated with Aldo combined with mineralocorticoid receptor (MR) antagonists and Gal-3 inhibitors. Aldo upregulated Gal-3 expression via MR in VSMCs. Moreover, Gal-3 over-expression specifically enhanced collagen type I synthesis. Gal-3 inhibitors or Gal-3 silencing (siRNA) blocked Aldo-induced collagen type I synthesis. Rats were treated with Aldo-salt combined with spironolactone or modified citrus pectin (MCP) for 3 weeks. Hypertensive Aldo-treated rats presented vascular hypertrophy, fibrosis and increased aortic Gal-3 expression. Spironolactone or MCP treatment reversed all the above effects. Wild type (WT) and Gal-3 knock-out (KO) mice were treated with Aldo for 6 hours. Aldo bolus increased aortic Gal-3 and collagen type I expression in WT mice whereas no changes occurred in Gal-3 KO mice. Conclusions. Our data indicate that Gal-3 is required for the fibrotic response to Aldo in VSMCs in vitro and in vivo, suggesting a key role for Gal-3 in vascular fibrosis

Le microenvironnement tumoral via les macromolécules matricielles est connu pour jouer un rôle clé dans la réponse des cellules cancéreuses à la chimiothérapie en favorisant leur survie et leur prolifération. L'impact du collagène de type I, protéine matricielle majeure du microenvironnement, a été évalué au niveau des capacités migratoires des cellules tumorales et de leur réponse aux agents anticancéreux, doxorubicine et metformine. Cette approche a étémenée chez des cellules humaines HT1080 hautement invasives au moyen de systèmes de culture par coating 2D ou en matrice 3D. Les effets de modifications post-traductionnelles du collagène comme la carbamylation et de la glycation ont été également étudiées. Les résultats montrent que le collagène 3D inhibe l'activité anti-migratoire de la doxorubicine. Cette protection met en jeuune préservation des niveaux d'activation de FAK et RhoA impliquées dans la formation des fibres de stress d'actine et des plaques d'adhésion focales. Le collagène glyqué 2D et dans une moindre mesure le carbamylé inhibent l'adhésion, la migration des cellules tumorales et désorganisent leur cytosquelette d'actine via des modifications de distribution de la vinculine, de FAK et des intégrines 1. Cet impact de la glycation a été aussi mis en évidence en matrice 3D après modification du processus de glycation. Enfin, la glycation exerce un effet protecteur vis-àvis des capacités anti-prolifératives et anti-migratoires de la doxorubicine et de la metformine. En conclusion, nous mettons en évidence une nouvelle forme de résistance CAM-DR dirigée contre l'activité anti-invasive de médicaments ; cet effet pouvant être généré par une protéine matricielle native ou modifiée lors de situations physiopathologiques associées au cancer. / The tumor microenvironment via the extracellular matrix plays an important role in cancer cell response to chemotherapy by promoting their survival and proliferation. In this work, we studied the impact of collagen type I, a major matrix protein of tumor microenvironment, on the migration capacities of tumor cells and on their response to anticancer drugs such as doxorubicin and metformin. This approach was performed with the highly invasive human cell line HT1080,by means of 2D coating or 3D matrix cell culture systems. The effects of collagen posttranslational modifications such as carbamylation and glycation were also assessed. The results show that the 3D collagen inhibits the anti-migratory effect of doxorubicin. This protection is carried out through the preservation of the activation states of FAK and RhoA, which are involved in the formation of actin stress fibers and focal adhesions. On 2D coating, the glycated collagen and at a lesser extent the carbamylated one decrease the adhesion, the migration oftumor cells and, disorganize the actin cytoskeleton via a modified distribution of vinculine, FAK and beta1 integrins. This impact is also demonstrated by using 3D matrices, after adaptation of the glycation process. In addition, we reported that the glycated collagen protects against the antiproliferative and the anti-migratory effects of doxorubicin and metformin. In conclusion, we highlighted a new form of CAM-DR resistance that targets the drugs anti-invasive activity. This impact could be induced by the native form of matrix proteins or the modified one found inpathological situations which are associated to cancer.

Les nanoparticules de silice sont très largement étudiées pour les applications biomédicales. Elles permettent une facilité et une flexibilité de la synthèse des particules et une bio-toxicité limitée. Cette thèse a mené une grande diversité de résultats impliquant des nanomatériaux de silice. Premièrement, les propriétés physicochimiques et les propriétés de biodégradation de trois types de nanoparticules de silice structurées ont été étudiées dans un tampon, un milieu de culture et au contact de fibroblastes cutanés humains suggérant que les nanoparticules de silice doivent être principalement considérées comme dégradées par hydrolyse, et non biodégradé. Ensuite, des nanoparticules de silice multifonctionnelles constituées de nanoparticules de silice creuses et de nanoparticules de MnO2 ont été synthétisées. Ainsi le contrôle de la libération du médicament et la performance de l’imagerie de ces nanoplates ont été étudiées à partir de modèles 2D à 3D. Cette approche pourrait être utilisée pour une évaluation rapide de la bio-fonctionnalité des nanoparticules avant de mettre en place des expériences in vivo. En outre, un nouveau nanocomposite 3D à base de collagène utilisant des tiges de silice a été étudié et les relations entre la composition composite, la structure et les propriétés mécaniques, mettant en évidence le rôle clé des interactions collagène-silice. L'influence de ces paramètres sur l'adhésion et la prolifération des cellules fibroblastiques a également été étudiée. De plus, nous avons préparé et utilisé des nanobatonnêts de silice magnétiques pour contrôler l’orientation des particules dans le réseau de collagène grâce à un champ magnétique externe. Tous les résultats apportent de nouvelles connaissances sur la préparation et les propriétés des bionanocomposites et ouvrent la voie à des hydrogels multifonctionnels. / Silica nanoparticles, thanks to the great easy and adaptability of particle synthesis and limited biotoxicity, is very widely studied for biomedical applications. This thesis conducted a large diversity of investigations involving silica nanomaterials. Firstly, the physicochemical properties and biodegradation properties of three types of structured silica nanoparticles were studied in a buffer, a culture medium and in contact with human dermal fibroblasts that suggest that, under these conditions, the silica nanoparticles must be mainly considered as degraded by hydrolysis and not biodegraded. Then, multifunctional silica nanoparticles which are consist of hollow silica nanoparticles and MnO2 nanosheets were synthesized. And the control drug release and imaging performance of this nanoplatforms were studied from 2D to 3D models. This approach could be used for a rapid assessment of the biofunctionality of nanoparticles before setting up in vivo experiments. Furthermore, a new 3D collagen-based nanocomposites using silica rods were studied and the relationships between the composite composition, structure and mechanical properties, emphasizing the key role of collagen-silica interactions. The influence of these parameters on the adhesion and proliferation of fibroblast cells was also investigated. In addition, we prepared and used magnetic silica nanorods to control particle orientation within the collagen network thanks to an external magnetic field. All the results bring new insights on the preparation and properties of bionanocomposites and open the route to multifunctional hydrogels.

La jonction myotendineuse (JMT) est une interface spécialisée dans la transmission des forces entre le muscle et le tendon. Le collagène XXII (COLXXII) est un nouveau composant de cette jonction (Koch et al., 2004). COLXXII fait partie de la sous-famille des FACITs (Fibrils Associated Collagen with Interrupted Triple helix) qui se caractérisent par leur capacité à s'associer aux collagènes fibrillaires pour former des réseaux protéiques. La fonction de ce nouveau composant de la JMT n'est pas connue. C'est pourquoi nous avons décidé de réaliser une perte de fonction chez le poisson zèbre en utilisant la stratégie anti-sens morpholinos et d'en étudier le phénotype par différentes techniques. Chez l'embryon, le COLXXII est exprimé aux extrémités des fibres musculaires au niveau de leur ancrage sur le myosepte (structure équivalente au tendon des mammifères) pour être déposé à la JMT. Son expression est régulée par des membres de la famille des FGF, probablement FGF8. L'absence de COLXXII conduit à une perte des capacités contractiles du muscle et au détachement et à la rétractation progressive des fibres musculaires, causés par une rupture de la JMT qui s'opère entre la lame basale des fibres musculaires et la matrice tendineuse. Le morphotype induit par l'injection de morpholino COLXXII phénocopie les mutants sapje (mutant dystrophine) et candyfloss (mutation de la chaîne α2 des laminines) indiquant que COLXXII permet un lien structural entre le muscle et le tendon. Nos résultats montrent que COLXXII joue un rôle crucial dans le développement et la fonction de la JMT et représente un nouveau gène candidat pour les dystrophies musculaires.

Les polluants environnementaux, en particulier les perturbateurs endocriniens (PE), agissent à très faibles doses sur des cibles multiples. Les effets rapportés portent en majorité sur les organes de reproduction. Très peu d'études ont porté sur le squelette alors que le cartilage et l'os sont sous un puissant contrôle hormonal, depuis le stade fœtal où le système hormonal se met en place jusqu'au vieillissement, en passant par la naissance (hormones thyroïdiennes, hormone de croissance), la puberté et la ménopause chez la femme (stéroïdes sexuels). L'objectif de ce travail est d'étudier les effets de polluants anti-androgènes (vinclozoline, V et métabolite actif M2) ou xenestrogènes (génistéine, G; bisphénol A, BPA), in vivo sur le développement du squelette du rat Wistar et in vitro sur les marqueurs de différenciation chondrogéniques. Les effets in vivo ont été étudiés à des doses inférieures aux "No Observed Adverse Effect Levels " (NOAEL) fixés par les instances européennes (EFSA) et internationales (US EPA). Des rattes ont été exposées à V, G seuls, combinés (GV) et/ ou associés au BPA (BGV), et ce de la conception des petits jusqu'à leur sevrage (J30) ou leur sacrifice (J30, J110). Les effets ont été recherchés sur des petits de mères et portées différentes, quatre pour chaque traitement, âge et sexe. Les effets in vitro du métabolite M2 de la Vinclozoline, associé ou non avec G et BPA, ont été étudiés sur l'expression de marqueurs chondrogéniques en utilisant : 1) un modèle murin de cellules souches inductibles vers la voie chondrogénique (C1) pour les effets sur la différenciation chondrogénique précoce et 2) des chondrocytes de souriceaux nouveau-nés, différenciés en culture primaire ou dédifférenciés (passages répétés). Comparaison avec les effets du bFGF, facteur de dédifférenciation chondrogénique. Résultats : In vivo, l'exposition à V, seule ou associée à G ou au BPA induit chez les rattes F1 exposées, une cannelure de la queue, discrète mais perceptible à la palpation en regard de chaque articulation intervertébrale. Les xénestrogènes tendent à réduire cet effet de V. Les rats et les animaux F2 ne sont pas atteints. L'examen par micro CT-scan montre une augmentation significative de la largeur des apophyses transverses (ITA) des vertèbres, et une diminution de la hauteur des corps vertébraux chez les rattes F1 exposées en regard des contrôles. Ces modifications anatomiques rappellent certaines pathologies génétiques des collagènes (dysplasies épiphysaires) chez l'homme Elles sont absentes chez les rats F1 et les animaux F2. Elles sont en partie transitoires car présentes à J30 (effets sur ITA et longueur) quand seul l'effet sur l'ITA perdure à J110. L'examen histologique des cartilages de croissance des corps vertébraux montre un déséquilibre entre les zones de prolifération et d'hypertrophie qui évoque une modification de la maturation du cartilage de type estrogénique. Ces effets sont ici aussi transitoires et majoritairement observés chez les rattes. L'effet plus prononcé du BPA lisse toutes les autres activités. Cela suggère que les PE pourraient moduler la différenciation du cartilage de croissance. C'est ce qui a été étudié in vitro. In vitro. Le premier objectif était d'évaluer les effets des PE sur la dynamique d'induction chondrogénique (cellules C1). Nous montrons que l'addition de M2 seul ou avec G ou BPA modifie le processus de maturation du collagène2 sans effet sur les autres marqueurs (SOX9, Agrécane, Col10). M2 prolonge l'expression de COL2A immature et retarde son remplacement par l'isoforme COL2B. Le second objectif était d'étudier les effets des PE sur la régulation de l'expression de COL2A au cours du processus de dé-différenciation des chondrocytes in vitro. L'expression de COL2A augmente avec le degré de dédifférenciation cellulaire (passages successifs) et double en présence de M2, G et BPA. Cet effet dépend des récepteurs aux estrogènes (ER) et des voies p38-MAPK. (...)

L'objectif de ce travail de thèse était d'élaborer des matrices mimétiques du tissu osseux (en terme d'organisation des fibrilles de collagène ; de nature et distribution de la phase minérale) afin de progresser dans la compréhension des mécanismes physico-chimiques impliqués dans la formation du tissu osseux. La matrice de collagène ayant un rôle de charpente pour le tissu osseux, notre approche fut de synthétiser une matrice dense de collagène dont l'organisation hiérarchique mimait celle du tissu compact de l'os afin d'élaborer un bon modèle de matrice hybride collagène/apatite. Pour cela, nous avons mis en place un procédé d'élaboration de matrices denses fibrillaires de collagène (Wang 2011, brevet FR 2960439/WO 2011151587), qui a permis d'obtenir des matrices denses de collagène, de manière reproductible, en contrôlant la quantité de collagène injectée au cours du temps. Avant l'étude de l'étape de minéralisation, nous avons entrepris une caractérisation fine des apatites biologiques servant de référence et des phases d'apatite de synthèse servant de modèle. Enfin, nous avons minéralisé la matrice dense de collagène selon un procédé mettant en jeux les propriétés physico-chimiques du collagène en absence d'autres molécules organiques présentes in vivo, et en augmentant la charge en minéral par imprégnation dans un fluide physiologique. Nous avons ainsi réussi à réaliser la minéralisation de ces matrices dont l'organisation mime le réseau fibrillaire de l'os compact. Avec ce modèle simplifié de tissu osseux, nous avons réalisé les premières études sur la structure à l'interface collagène/apatite par RMN à l'état solide

L’épithélium intestinal est composé d’une monocouche de cellules épithéliales qui recouvrent à la fois les villi qui projettent dans le lumen et les cryptes invaginées dans le tissu conjonctif sous-jacent. Les cellules souches intestinales prolifèrent dans les cryptes et se différencient en 5 types de cellules différenciées incluant les entérocytes, les cellules de Paneth, les cellules caliciformes, les cellules entéroendocrines et les cellules Tuft. La plupart de ces cellules différenciées migrent vers le pôle apical du villus où elles meurent par apoptose exception faite des cellules de Paneth qui sont présentes uniquement dans les cryptes. Les cellules épithéliales adhèrent à la membrane basale qui sépare l’épithélium du stroma principalement constitué de collagène I et de fibroblastes. L’épithélium intestinal est renouvelé chaque semaine. Plusieurs voies de signalisation biochimiques qui gouvernent l’homéostasie intestinale ont été isolées en utilisant des modèles murins. En complément des études menées in vivo, des systèmes in vitro ont été développés de répondre à des questions difficiles à étudier in vivo, on peut notamment citer les organoides. Malgré leur indiscutable intérêt, les organoides ne reproduisent pas certaines caractéristiques majeures de l’intestin, à savoir que le nombre de total de cellules ne reste pas constant, qu’ils ne forment pas spontanément des villi et que le stroma est absent de ces modèles. Présentement, uniquement deux microsystèmes ont tenté de pallier l’absence de villi de ces modèles en reproduisant des caractéristiques dynamique (i.e le mouvement péristaltique) ou architecturale (i.e la topographie des villi) de l’intestin dans le but d’induire la formation des villi. Cependant, dans ces deux systèmes, les cellules ne reposent pas sur un substrat physiologique et sont directement ensemencées sur un support élastomérique. Quand bien même la surface de ces substrats est traitée avec des molécules constitutives de la matrice extracellulaire (ECM), ils ne reproduisent pas la micro-architecture (e.g sa structure microfibrillaire et la possibilité d’être remodelée par les cellules ensemencées) et les propriétés mécaniques spécifiques de l’ECM intestinale. Il est ainsi fort probable que ces systèmes induisent des phénotypes différents de ceux comprenant un substrat physiologique. Pour éviter ces phénomènes, nous avons développé un système innovant qui reproduit à la fois la composition et la topographie de la matrice intestinale. Le collagène I, en tant que principal composant des matrices extracellulaires, des mammifères a naturellement été choisi comme substrat cellulaire. La composition ainsi que les propriétés rhéologiques du collagène commercial ont été comparées au collagène extrait de queue de rat dans le laboratoire. Les techniques de lithographies ont été adaptées pour microstructurer les hydrogels en collagène en une sinusoïde tridimensionnelle de 400µm de période et 400µm d’amplitude en accord avec les dimensions anatomiques des intestins de souris. Les cellules épithéliales de lignées Caco2 qui sont considérées comme un modèle de cellules intestinales ont été ensemencées à la surface de la structure et ont colonisé les micro-structures en formant une monocouche cellulaire. L’utilisation du collagène I permet l’inclusion de fibroblastes primaires dans la matrice où ils évoluent in vivo. Les forces de tension développées par la monocouche épithéliale à la surface de la matrice mais également par les fibroblastes dans l’hydrogel affaissent les structures. Plus la concentration en collagène des gels est importante moins les structures sont déformées. Cependant, pour des concentrations supérieures à 6mg/mL, les fibroblastes présentent des difficultés pour s’étaler et proliférer dans la matrice probablement dues à une diffusion réduite des nutriments dans de telles matrices mais également à une réduction de la taille du maillage fibrillaire qui empêche l’étalement des cellules. / The epithelium of the small intestine is composed of a single layer of epithelial cells lining the villi that project into the lumen of the gut, and the crypts that descend into the underlying connective tissue. Dividing stem cells are contained within the crypts and give rise to five types of specialized epithelial cells including enterocytes, Goblet cells, Paneth cells, enteroendocrine cells and Tuft cells. Most of those cells travel upwards from the crypt towards the villus tip where they shed into the lumen except for Paneth cells that remain confined into the crypt. The basement membrane underlines the basal surface of epithelium and separates it from the stroma mostly composed of collagen I and fibroblasts. The whole intestinal epithelium is renewed every week. Many biochemical pathways that control intestinal homeostasis are discovered using mouse models. In contrast, in vitro models systems, such as organoids, provide a mean to investigate questions hard to be addressed in vivo. Despite their obvious interest, organoids do not fully recapitulate intestinal features: the total number of cells does not remain constant, villi-like structures are missing as well as cells and matrix constitutive of the stroma. Only two microfabricated devices have been developed to overcome this absence of villi by replicating dynamic (i.e the peristaltic motion) or structural feature (i.e the topography of the villus) of the intestine in order to induce the formation of villi. However they both do not provide the cells a physiological substrate as cells are directly seeded on an elastomeric synthetic scaffold. Even though those substrates are coated with ECM molecules, as they miss the micro-architecture specific of ECM (e.g. fibrillar structure and capacity to be remodeled by cells) as well as their mechanical properties; they might induce a different phenotype to the cells than if they were seeded on/in an ECM-like hydrogel. To address this lack, we developed an innovative device that recapitulates both the composition and topography of the intestinal lining. We chose collagen I as the constituent of our substrate since collagen I is the most abundant protein in mammals and the main constituent of all ECM in the body. We first characterized the composition and the rheological properties of commercial rat tail collagen I hydrogel and compared it to the one we extracted from rat tails. To reproduce the 3D structure of the intestine, we microstructured collagen I scaffolds as 3D sinusoids with 400µm period and 400µm height that respect the anatomic dimensions of mice intestine by adapting methods from soft lithography field. Epithelial cells from Caco2 cell line which are considered as an intestinal model were first seeded on the surface of the scaffold and successfully colonized the structure as a monolayer. Primary fibroblasts were embedded in collagen scaffolds were they actually belong in vivo. The force exterted by the epithelial monolayer at the surface of the scaffold but also by the fibroblasts inside the gels flattened the structures. The higher the concentration of collagen was the less the structures were deformed. However, for collagen concentrations higher than 6mg/mL, the fibroblasts experienced difficulties to spread and proliferate in the matrix probably related to a reduced diffusion of nutrients in such matrix or to the reduced mesh size of the fibrillar network that prevent cell spreading. Two main approaches were investigated to stiffen the collagen scaffold while maintaining a porosity suitable for fibroblasts spreading and proliferation. One consisted in the addition of a stiffer biocompatible polymer to generate a hybrid semi-interpenetrating network hydrogel with improved mechanical properties. The other resided in the addition of a cross-linker that covalently bonded the fibrils constitutive of the collagen network.