Plus de 20 % des cancers sont dus à une infection virale, bactérienne ou parasitaire. En effet, le parasite Cryptosporidium parvum (C. parvum) qui est capable d’induire, chez des souris immunodéprimées, le développement d'adénocarcinomes invasifs au niveau gastro-intestinal. Cependant, la compréhension de la pathogénicité de Cryptosporidium a été limitée par l'absence d'un système de culture en continu et à long terme. Il est donc indispensable d’améliorer les systèmes de culture in vitro en mimant le plus possible les conditions de l’in vivo. J’ai participé tout d’abord à la réalisation d’une étude épidémiologique sur des patients Libanais atteints ou non de néoplasies/adénocarcinomes digestifs. Le taux d’infection à Cryptosporidium était significativement plus élevé chez les patients atteints de cancers coliques comparativement aux autres groupes de patients. Offrant ainsi de nouveaux arguments en faveur d’un lien entre l’infection à Cryptosporidium et la pathologie cancéreuse chez l’homme. Ensuite, j’ai développé un modèle de culture tridimensionnelle (3D) à partir d’un côlon murin adulte. Ce système a permis le maintien de l’infection pendant 35 jours et il a mis en évidence le développement in vitro de lésions néoplasiques 27 jours post infection. Il s’agit, de la première description d'une induction de néoplasies intraépithéliales de bas grade dans un système de culture 3D, par un parasite. Afin d’automatiser ce système, j’y ai associé un dispositif de microfluidique. Ce dernier a permis le maintien de la culture pendant 8 jours. Il s’agit de la première description d'une culture tissulaire d’intestin sur un dispositif microfluidique viable pour 8 jours. / Almost 20% of cancers are due to a viral, bacterial or parasitic infection. For instance, Cryptosporidium parvum (C. parvum) was found to induce the development of an invasive digestive adenocarcinomas in an experimental model of SCID mice.However, the understanding of the pathogenesis of Cryptosporidium has been limited by the lack of a long-term culture system. It is therefore essential to improve the in vitro culture systems by trying to mimic the in vivo conditions. Firstly, the association between Cryptosporidium infection and cancer development was investigated through an epidemiological study among cohorts of Lebanese patients with or without recent diagnosis of digestive cancer before any treatment. A high rate of Cryptosporidium was detected in biopsies from Lebanese patients with digestive neoplasia/adenocarcinoma. These results showed that Cryptosporidium is associated with human colon cancer being maybe a potential etiological agent of this disease. In the second part, a three dimensional (3D) Cryptosporidium culture model was developed from adult murine colon. This system allowed the reproduction of neoplasic lesions at 27 days post-infection, providing new evidence of the role of the parasite in the induction of carcinogenesis. This is the first description of a low-grade intraepithelial neoplasia induction after parasite infection in a 3D culture. Finally, in order to automatize the culture, a microfluidics device for explant culture was designed. An explant culture was maintained for almost 8 days using this microfluidic device. To our knowledge, this is the first description of a gut tissue culture on a microfluidic device that was viable for 8 days.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’ingénierie tissulaire osseuse a pour objectif de repousser les limitesexistantes de la régénération osseuse. Les stratégies proposées consistent àassocier à une matrice tridimensionnelle (3D) des cellules autologues, capables derégénérer en 3D un tissu fonctionnel. Le but de ce travail a été d’étudier l’importancede la communication cellulaire entre les cellules du compartiment stromal et lescellules endothéliales au sein d’une matrice tridimensionnelle poreuse constituée depolysaccharides naturels biodégradables. Nos résultats montrent que l’architecture etla nature de cette matrice permettent de guider la différenciation ostéoblastique descellules humaines mésenchymateuses issues de la moelle osseuse. L’organisationcellulaire en agrégats observée stimule les interactions cellulaires, et plusparticulièrement la formation de jonctions communicantes de type GAP et l’activitédes Connexines 43. Nous avons en également étudié la fonction des Pannexines 1et 3 dans la culture 3D. En conclusion, l’ensemble de nos travaux démontre que lesinteractions cellule-cellule constituent des événements majeurs dans cesmécanismes de régénération tissulaire. Les données cellulaires et expérimentalestémoignent de l’intérêt d’utiliser la totalité de la suspension de moelle osseuse pourfavoriser à la fois l’ostéoformation et la vascularisation du tissu. / Bone tissue engineering aims to resolve the existing limitations of boneregeneration methods. One of the proposed strategies consists on the association,within a three-dimensional (3D) matrix, with autologous cells able to regenerate afunctional 3D tissue. The purpose of this study was therefore to investigate theimpact of cellular communication, between cells of the stromal compartment andendothelial cells, within the three-dimensional porous matrix made of biodegradablenatural polysaccharides, focusing on bone repair. Our results show that thearchitecture and the nature of the 3D macroporous matrix promotes the guidance ofmesenchymal stems cells, derived from human bone marrow, towards theosteoblastic lineage. Also, that the organization in aggregates, promoted by the 3Dmatrices, stimulated cell communication, evidenced by the formation of GAPjunctions and activity of Connexins 43. We also focused on the function ofPannexines 1 and 3 for the 3D culture in these matrices of polysaccharides. Inconclusion, this work shows that cell-cell interactions play a major role in order toimprove bone tissue regeneration. Also, cellular and experimental data demonstratesthe advantage of using a total fraction of bone marrow cells to promote both boneformation and vascularization.

L’ingénierie du tissu osseux vise à concevoir un substitut tissulaire associant des cellules ostéoprogénitrices à une matrice tridimensionnelle capable de promouvoir la reconstruction osseuse, ouvrant la voie au développement de thérapeutiques substitutives à la pratique de la greffe dont les limitations sont bien connues.Le but de ce travail a été de développer un nouveau produit d’ingénierie tissulaire (PIT) destiné à la régénération osseuse constitué i) d’une matrice tridimensionnelle poreuse constituée de polysaccharides naturels biodégradables, ii) de cellules souches adultes issues du tissu adipeux humain (ADSCs) et d’identifier les conditions de culture optimales permettant le développement d’un produit fonctionnel pour une utilisation clinique. Nos résultats montrent que l’architecture et la composition de la matrice macroporeuse polysaccharidique permet de guider la différenciation ostéoblastique des ADSCs, en l’absence de facteurs ostéogéniques, et notamment en conditions de culture dynamique, grâce à l’organisation cellulaire en agrégats promouvant les interactions cellulaires. Les ADSCs peuvent être marquées à l’aide de nanoparticules superparamagnétiques et suivies in vivo de façon non invasive par imagerie par résonnance magnétique (IRM) au sein des matrices après leur implantation en site sous-cutané chez la souris. Les images IRM montrent que le matériau permet de délivrer une partie des cellules au niveau du site d’implantation participant probablement à un processus de réparation tissulaire. Enfin, en vue d’applications cliniques, un milieu de culture sans sérum répondant aux conditions GMP (Good Manufacturing Practices) pour la différenciation ostéoblastique a été développé par un industriel et validé au cours de ce travail de thèse.En conclusion de ces travaux, l’association d’une matrice macroporeuse composée de polysaccharides avec des ADSCs dans des conditions de culture spécifiques, en conditions dynamiques, semble pertinente et prometteuse pour des applications cliniques en ingénierie du tissu osseux. / Bone tissue engineering may associate osteoprogenitor cells to a tridimensional scaffold that can promote tissue reconstruction in order to replace bone grafting strategies whose limitations are well known. This study aims to develop a new tissue-engineered construct for bone regeneration constituted by i) a tridimensional polysaccharide-based scaffold, ii) adult stem cells extracted from human adipose tissue and identify the best culture conditions needed to develop a functional construct for clinical use. Our results show that this macroporous scaffold offers, without any osteoinductive factors, a suitable architecture and composition for driving osteoblastic differentiation of ADSCs especially when placing the tissue-engineered construct in dynamic conditions, thanks to cell aggregate conformation promoting cell-to-cell interactions. Thanks to ADSCs labeling, the tissue-engineered construct can be tracked in vivo in a non invasive way by magnetic resonance imaging (MRI), after their subcutaneous implantation. Results evidenced that this scaffold behaves as a cell carrier for of holding in its own cell fraction and delivering another fraction to the site of implantation for inducing a better tissue regeneration process. Finally, a serum free medium meeting standards GMPs (Good Manufacturing Practices) has been developed for inducing ADSCs osteoblastic differentiation as a first step towards clinical application.In conclusion, this polysaccharide-based scaffold associated with ADSCs, cultured under low fluid flow in a new bioreactor device, could be a relevant and promising tissue engineered construct for bone tissue engineering applications.