Le génie tissulaire permet de reconstruire des tissus conjonctifs et adipeux à partir de cellules stromales/souches du tissu adipeux qui représentent une alternative prometteuse en chirurgie de reconstruction. L’ajout de cellules endothéliales au modèle permet la formation de capillaires in vitro. Comme le tissu adipeux humain sécrète plusieurs facteurs angiogéniques, les réseaux de capillaires formés dans ces tissus conjonctifs et adipeux reconstruits ont été comparés. Le diamètre moyen ainsi que le volume occupé par les capillaires sont similaires entre les deux conditions, bien que les tissus adipeux reconstruits sécrètent davantage d’adipokines lors de l’ajout des cellules endothéliales. Le milieu utilisé pour la coculture influence les profils de sécrétion des tissus, qui se ressemblent au fil du temps passé en culture. Les tissus adipeux et conjonctifs reconstruits supportent la formation d’un réseau de capillaires in vitro et représentent de bons modèles pour l’étude de processus adipogéniques et angiogéniques. / Reconstructed connective and adipose tissues produced by tissue engineering with adipose-derived stromal/stem cells represent a promising alternative for reconstructive surgery application. The addition of endothelial cells to the model allows the formation of capillary networks in vitro. Since human adipose tissue secretes numerous angiogenic factors, the capillary networks found in reconstructed adipose tissues were compared to those of the connective tissues. The mean diameter and total volume occupied by capillaries were similar in both conditions. Angiogenic factor secretion was more important in reconstructed adipose tissue-conditioned supernatants at the time of endothelial cells seeding, but using coculture media then affected the adipose and connective tissues secretion profiles as they became similar with time in culture. Both adipose and connective tissues allow the formation of capillaries in vitro and represent innovative models of human adipose tissue for studying adipogenesis and angiogenesis processes.

Lors de maladies cardiovasculaires avancées, telle que l’athérosclérose, les patients doivent subir une chirurgie, plus précisément un pontage artériel, afin de rétablir le flux sanguin. Cette opération consiste à remplacer l’artère malade, obstruée par des dépôts, par un substitut. Cependant, des complications post-implantation telles que la thrombose et l’hyperplasie intimale, subsistent et entrainent l’échec de la greffe vasculaire Pour palier à ce problème, l’approche proposée serait d’avoir une endothélialisation rapide du substitut vasculaire. Pour ce faire, la méthode proposée dans cette thèse est d’enrichir les substituts vasculaires avec une molécule pro-endothélialisation et de valider par la suite leurs propriétés biologiques. La pléiotrophine (PTN), une cytokine de croissance / différenciation, a été spécifiquement choisie dans ce travail, car elle est décrite comme un puissant facteur pro-angiogénique. Cependant, ses effets réels sur l'endothélialisation ne sont pas encore complètement connus. Aussi, afin d’avoir un effet efficace et à long terme, il apparait crucial de rechercher le meilleur moyen d’obtenir un substitut chargé en PTN, tout en conservant et maximisant son activité biologique. Les systèmes d'administration de médicaments à base de polymères naturels représentent une option intéressante pour une telle application. De plus, les gels de collagène de type 1 sont couramment utilisés comme échafaudages pour l'ingénierie des tissus vasculaires et pour le développement de systèmes à libération contrôlée grâce à leurs propriétés biologiques favorables. Pour mieux contrôler la libération de PTN, des interactions spécifiques non covalentes peuvent être utilisées pour stabiliser et immobiliser des médicaments dans l’échafaudage de collagène, grâce à l’utilisation d’agents de liaison. L'héparine apparait comme molécule de liaison idéale, déjà largement utilisée dans la formulation de systèmes d'administration de médicaments, en raison de sa capacité à séquestrer, à stabiliser et à protéger les facteurs de croissance et les cytokines. En se basant sur les travaux précédents du Laboratoire des Biomatériaux et de la Bioingénierie de l'Université Laval, l'objectif de ce travail était donc de développer un système de libération contrôlée de PTN à base de gels de collagène de type I modifiés par l'héparine. Dans un premier temps, les effets de la PTN sur la viabilité et la capacité de migration des cellules endothéliales ont été étudiés, et seront comparés aux effets de ceux du facteur 1, dérivé du stroma (SDF-1), facteur d’endothélialisation couramment utilisé lors de greffes vasculaires. Ensuite, un gel de collagène de type I a été utilisé comme échafaudage pour le développement d’un système à libération contrôlée pour la PTN. Pour augmenter son interaction avec le gel et prolonger sa libération dans le temps, de l'héparine en solution a été ajoutée à la formulation de gel standard. Des évaluations mécaniques et structurelles ont été ensuite réalisées afin d’évaluer les effets de l'addition d'héparine sur les propriétés du gel de collagène. La PTN libérée à partir des gels de collagène modifiés par l'héparine a été d’abord quantifiée puis son effet sur la viabilité des cellules endothéliales et des cellules musculaires lisses a été évalué. Enfin, des tests d'hémocompatibilité ont été effectués pour analyser les effets combinés de l'héparine et PTN sur les propriétés thrombogènes des gels de collagène. / Arterial bypass graft is the primary therapy for patients with advanced vascular occlusion diseases such as atherosclerosis. Post-implantation vascular graft failure is mainly caused by in-graft thrombosis and intimal hyperplasia. A fast endothelialization has the benefit of reducing these adverse events. Grafts enrichment with pro-endothelialization molecule has been proposed as an effective solution. Pleiotrophin (PTN) is a growth/differentiation cytokine that has been described as a potent pro-angiogenic factor. However, its proendothelialization effects have not been fully explored, and efficient ways to deliver PTN for graft enrichments have to be studied. Natural polymer-based drug delivery systems represent an interesting option for such an application. Type 1 collagen gels are commonly used as scaffolds for vascular tissue engineering and for the development of controlled release systems thanks to their favorable biological properties. To better control the release of PTN, specific non-covalent interactions can be used to stabilize and immobilize drugs within the collagen scaffold, through the use of binding agents. Heparin has been widely used in the formulation of drug delivery systems due to its ability to sequester, stabilize and protect growth factors and cytokines. Based on previous work of the Laboratory for Biomaterials and Bioengineering at Laval University, the objective of this work was to develop a controlled release system for PTN based on a heparin-modified Type I collagen gels. At first, the effects of PTN on the viability and migration ability of endothelial cells have been studied by comparing them with the effects exerted by stromal derived factor 1 (SDF1), a known pro-endothelialization factor already used for vascular graft enrichment. Following, a type I collagen gel was used as scaffold for the development of a controlled release system for PTN. To increase its binding to the gel and to prolong its release over time, heparin have been freely added to the standard gel formulation. Mechanical and structural assessments were performed to evaluate the effects of the addition of heparin. Quantification of the released PTN from the heparin-modified collagen gels was studied along with the effects of the released PTN on the viability of endothelial and smooth muscle cells. Finally, hemocompatibility tests have been performed to analyze the effects of the addition of both heparin and PTN on the thrombogenic properties of the collagen gels.

La reconstruction vaginale a pour but d’améliorer la qualité de vie des femmes atteintes d’anomalies congénitales ou de cancers urogénitaux. Le manque de tissus disponibles pour ces chirurgies peut être pallié par la reconstruction de substituts autologues de muqueuse vaginale humaine (MVH) par génie tissulaire. La vascularisation représente un élément critique pour le succès des greffons, ainsi des cellules endothéliales dérivées de la veine ombilicale (HUVEC) ont été incorporées au modèle de de MVH reconstruite par auto-assemblage. Différentes techniques de culture cellulaire soit l’auto-assemblage classique SA, le réensemencement RS et une technique hybride SA/RS ont été testées afin de déterminer celle qui est la plus adaptée pour l’endothélialisation du modèle et pour l’implantation animale. Les cellules endothéliales forment un réseau pseudo-capillaire in vitro et expriment des marqueurs spécifiques comme le CD31/PECAM et le facteur Von Willebrand. De plus, la présence du marqueur d’antigène neuroglial 2 (NG2) dans les substituts produits par les conditions SA/RS et RS suggère la présence de péricytes. L’approche SA/RS permet de générer des MVH endothélialisées démontrant une maturité capillaire supérieure, tout en conservant des propriétés mécaniques qui répondent aux critères requis pour l’implantation. Des HUVEC transduites avec des particules lentivirales qui permettent l’expression de GFP et de la luciférase ont été utilisées afin d’observer la cinétique de la formation du réseau pseudo-capillaire in vitro et de confirmer la présence des cellules endothéliales in vivo. Ces tissus reconstruits ont été implantés chez des souris immunodéprimées afin de confirmer la fonctionnalité et la stabilité du réseau pseudo-capillaire reconstruit in vivo. La présence de globules rouges murins à l’intérieur des vaisseaux humains exprimant la GFP démontre le potentiel de fonctionnalité du réseau capillaire reconstruit. En conclusion, les MVH reconstruites représentent un premier modèle 3D endothélialisé qui offre des applications innovatrices pour la recherche et la chirurgie. / Tissue engineering of autologous human vaginal mucosa (HVM) introduces novel surgical applications to the field of vaginal reconstruction for paediatric patients with congenital urogenital abnormalities such as the Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser syndrome (MRKH) or neoplastic diseases. Vascularization of tissue-engineered constructs represents a major challenge seeing that graft survival and success rate highly depend on it. This study aims at reconstructing a pseudo-capillary network within a tissue-engineered HVM using the self-assembly technique free of exogenous materials. Vaginal stromal cells were co-seeded with endothelial cells derived from a human umbilical cord vein (HUVEC). Different cell culture techniques were tested, the classical self-assembly (SA) by sheet stacking, re-seeding (RS) and a new hybrid SA/RS method in order to determine the approach that is the most adapted for pre-vascularization of the HVM, while maintaining biomechanical properties that are suitable for surgery. The presence of a pseudo-capillary network in vitro was assessed with specific markers such as PECAM-1/CD31 and Von Willebrand factor. Additionally, neuroglial antigen 2 was detected at the periphery of capillaries and reveals the presence of pericytes within constructs produced with the RS and SA/RS methods. Our results show that the use of a combined SA/RS technique seems to be most adapted for the pre-vascularization of the HVM as it generates constructs with higher microvascular maturity and mechanical properties compatible with surgical handling. Transduced HUVEC with a vector that allows the expression of GFP and luciferase were used to observe the formation of a capillary network in vitro and to monitor endothelial cells in vivo. To assess the functionality of the reconstructed capillary-like network, endothelialized HVM constructs were implanted in immunocompromized mice. The finding of mouse red blood cells within GFP positive capillaries confirms the functionality of the reconstructed capillary-like network in vivo. Finally, this first tissue-engineered endothelialized HVM model can be used for numerous clinical and research applications.

Thèse en cotutelle présentée au département des mines, de la métallurgie et des matériaux, Université Laval, Québec et École doctorale Jean-Henry Lambert, Université de Haute-Alsace, Mulhouse. / Les prothèses vasculaires textiles en polyethylene téréphtalate (PET) sont utilisées depuis plus de cinquante ans en chirurgie cardiovasculaire. Elles sont fiables pour les grands diamètres (>8mm), cependant des occlusions se présentent souvent après implantation pour les petits diamètres (6-8mm). L'occlusion survient, car la surface des prothèses est peu hémocompatible. Or, l'hémocompatibilité des prothèses serait largement améliorée si ces dernières se recouvraient d'une couche de cellules endothéliales qui tapissent naturellement les vaisseaux sanguins. Cependant, ce recouvrement n'est pas ou peu observé sur les prothèses implantées. Les matrices protéiniques qui servent avant tout à perméabiliser la prothèse et qui recouvrent les prothèses n'ont pas d'effet positif sur l'endothélialisation. Ce projet vise à mettre en évidence que les textiles bruts ne sont pas un support viable pour le développement de ces cellules endothéliales, puis propose de remplacer les matrices protéiniques par un recouvrement synthétique. Pour ce faire, de l'acide poly-L-lactique solubilisé a été filé sous forme de nanofibres non tissées et déposées sur la surface luminale de la prothèse textile de PET. L'étirage par jet d'air utilisé pour former ces fibres a été d'abord caractérisé selon un modèle plan, puis adapté à la forme tubulaire des prothèses. Les nanofibres ont été évaluées sur le plan de la cytocompatibilité, de l'adhérence et de la prolifération avec un modèle de cellules endothéliales animales. Enfin, ce travail vise à optimiser l'adhérence de ces fibres sur le PET par l'emploi d'une technique de modification de surface par plasma à pression atmosphérique. Les résultats montrent qu'il est possible de produire des nanofibres d'acide polylactique et de contrôler leur diamètre en ajustant la concentration de la solution. Ces nanofibres permettent de sceller la paroi de la prothèse textile et présentent des taux de cristallinité variables en fonction des paramètres de filage. Enfin, les cellules endothéliales prolifèrent en monocouche sur des prothèses recouvertes de nanofibres. Par ailleurs, il est possible d'optimiser l'adhérence des nanofibres sur le PET avec un traitement par plasma à pression atmosphérique. En conclusion nous avons proposé une alternative prometteuse à l'enduction traditionnelle des prothèses pour favoriser la prolifération en monocouche des cellules endothéliales.

Ce mémoire de maîtrise s'insère dans un projet visant l'augmentation de la durabilité des prothèses artérielles implantées chez des sujets atteints de maladies cardiovasculaires. Au delà de 350 000 prothèses artérielles synthétiques sont implantées chaque année dans les pays occidentaux. Des études ont démontré que sur 398 prothèses de moyens diamètres explantées pour des complications diverses 65% d'entre elles avaient dues être retirées à cause de thromboses [1]. La formation des thromboses est directement reliée à l'activation des mécanismes de coagulation par le contact du sang avec le matériel synthétique. La thrombogénicité peut être éliminée par une endothélialisation de la surface interne de la prothèse. La présence de ligands organiques spécifiques aux récepteurs cellulaires a des effets sur les voies de communications tout en fournissant un point d'encrage aux cellules [2]. Des études récentes ont démontré que la disposition géométrique de ces ligands a un impact modulateur du comportement cellulaire [3]. La première phase du projet consistait à créer un appareil permettant d'obtenir des schémas microscopiques (micropatrons) de peptides sur des surfaces de polytétrafluoroéthylène (PTFE ou Téflon™). La technique de « micropatterning » développée utilise les propriétés intrinsèques des aérosols. Lorsque le liquide vaporisé entre en contact avec la surface, il créé des taches microscopiques circulaires. Les molécules en solution peuvent alors réagir avec la surface préparée à les recevoir. La caractérisation des patrons a été faite à l'aide de la microscopie optique et d'un logiciel de traitement de l'image. La deuxième phase consistait à observer l'effet des schémas microscopiques sur les cellules endothéliales. Les tests ont été faits avec des cellules endothéliales aortiques bovine (BAECs). Deux séquences peptidiques de la fibronectine (CGRGDS et CWQPPRARI) choisies pour leurs propriétés spécifiques ont été greffées sur le PTFE selon des schémas prédéterminés. La caractérisation des tapis cellulaires a été fait par immunofluorescence et analyse numérique d'images. Le traitement de la surface interne d'une prothèse artérielle en PTFE favorisera l'endothélialisation dans le but de ralentir la formation de thromboses. / This thesis is part of a project aiming to increase the durability of implanted arterial prostheses among subjects affected by cardiovascular illnesses. Beyond 350 000 synthetic arterial prostheses are implanted every year in the western countries. Previous works demonstrated that for 398 prostheses explanted for various complications 65% among them had been withdrawn because of thromboses [1]. The formation of the thromboses is joined directly to the activation of the coagulation mechanisms by the contact of blood with the synthetic material. The thrombogenicity could be eliminated by an endothelialization of the internal surface of the prosthesis. The presence of organic ligands specific to the cellular receptors has some effects on the pathways of communications while providing an anchorage for cells [2]. Some recent studies demonstrated that the geometric disposition of these ligands also has an important impact on the cellular behavior [3]. The first phase of this work consisted in creating a device permitting to obtain microscopic peptides patterns on PTFE surfaces. The technique of micropatterning uses the intrinsic properties of aerosols to reproduce patterns that have some features similar to those of a living organism. When the aerosol enters in contact with the surface, it creates circular microscopic spots of solution. The molecules in solution can thus react with the surface chemically prepared to receive them. The characterization of the patterns has been made by optic microscopy and software images analysis. The second phase consisted in observing the effect of microscopic patterns on the bovine aortic endothelial cells (BAECs). Two peptide sequences from fibronectin (CGRGDS and CWQPPRARI) were bounded on the PTFE. The peptides diagrams created on the surface encouraged the growth of the endothelial cells. The characterization of the cellular covering has been made by immunofluorescence and numeric analysis of pictures. The treatment of the internal surface of an arterial prosthesis made of PTFE will encourage the endothelialization in the goal to slow down the formation of thromboses.

Depuis ces dernières décennies, le domaine des biomatériaux a connu un essor considérable, évoluant de simples prothèses aux dispositifs les plus complexes pouvant détenir une bioactivité spécifique. Outre, le progrès en science des matériaux et une meilleure compréhension des systèmes biologiques a offert la possibilité de créer des matériaux synthétiques pouvant moduler et stimuler une réponse biologique déterminée, tout en améliorant considérablement la performance clinique des biomatériaux. En ce qui concerne les dispositifs cardiovasculaires, divers recouvrements ont été développés et étudiés dans le but de modifier les propriétés de surface et d’améliorer l’efficacité clinique des tuteurs. En effet, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps humain, son succès clinique est fortement influencé par les premières interactions que sa surface établit avec les tissus et les fluides biologiques environnants. Le recouvrement à la surface de biomatériaux par diverses molécules ayant des propriétés complémentaires constitue une approche intéressante pour atteindre différentes cibles biologiques et orienter la réponse de l’hôte. De ce fait, l'élucidation de l'interaction entre les différentes molécules composant les recouvrements est pertinente pour prédire la conservation de leurs propriétés biologiques spécifiques. Dans ce travail, des recouvrements pour des applications cardiovasculaires ont été créés, composés de deux molécules ayant des propriétés biologiques complémentaires : la fibronectine (FN) afin de promouvoir l’endothélialisation et la phosphorylcholine (PRC) pour favoriser l’hémocompatibilité. Des techniques d’adsorption et de greffage ont été appliquées pour créer différents recouvrements de ces deux biomolécules sur un polymère fluorocarboné déposé par traitement plasma sur un substrat en acier inoxydable. Dans un premier temps, des films de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont été utilisés en tant que surface modèle afin d'explorer l'interaction de la PRC et de la FN avec les surfaces fluorocarbonées ainsi qu’avec des cellules endothéliales et du sang. La stabilité des recouvrements de FN sur l'acier inoxydable a été étudiée par déformation, mais également par des essais statiques et dynamiques sous-flux. Les recouvrements ont été caractérisés par Spectroscopie Photoéléctronique par Rayons X, immunomarquage, angle de contact, Microscopie Électronique de Balayage, Microscopie de Force Atomique et Spectrométrie de Masse à Ionisation Secondaire à Temps de Vol (imagerie et profilage en profondeur). Des tests d’hémocompatibilité ont été effectués et l'interaction des cellules endothéliales avec les recouvrements a également été évaluée. La FN greffée a présenté des recouvrements plus denses et homogènes alors que la PRC quant à elle, a montré une meilleure homogénéité lorsqu’elle était adsorbée. La caractérisation de la surface des échantillons contenant FN/PRC a été corrélée aux propriétés biologiques et les recouvrements pour lesquels la FN a été greffée suivie de l'adsorption de la PRC ont présenté les meilleurs résultats pour des applications cardiovasculaires : la promotion de l'endothélialisation et des propriétés d’hémocompatibilité. Concernant les tests de stabilité, les recouvrements de FN greffée ont présenté une plus grande stabilité et densité que dans le cas de l’adsorption. En effet, la pertinence de présenter des investigations des essais sous-flux versus des essais statiques ainsi que la comparaison des différentes stratégies pour créer des recouvrements a été mis en évidence. D'autres expériences sont nécessaires pour étudier la stabilité des recouvrements de PRC et de mieux prédire son interaction avec des tissus in vivo. / Over the past years, we have perceived the remarkable growth of the field of biomaterials, evolving from simple prosthetics to complex materials with specific bioactivities. Advances in materials science jointed with an improved understanding of biological systems have carried the ability to create synthetic materials, which would modulate and/or stimulate specific biological responses. In this way, it has been possible to greatly improving the performance of biomaterials. Indeed, when a dispositive is implanted in the human body, the clinical success of the biomaterial is influenced by the first interactions its surface establishes with the surrounding biological tissues and fluids. Regarding cardiovascular devices, various coatings have been investigated to modify the surface properties of stents and to improve their clinical efficacy. In this context, coating biomaterials with several molecules having complementary properties is an interesting approach to accomplish different biological targets. However, the elucidation of the interaction between those molecules will be relevant to predict the preservation of their specific properties on the biomaterial surface. In this work, coatings for cardiovascular applications were created containing two molecules with complementary properties: fibronectin (FN) to promote endothelialization and phosphorylcholine (PRC) for hemocompatibility. Adsorption and grafting techniques were used to achieve different coatings containing both molecules on stainless steel substrate previously coated with a fluorocarbon polymer deposited by plasma treatment. Polytetrafluoroethylene films were first used as model surfaces to explore the interaction of FN and PRC with fluorocarbon surfaces as well as with cells and blood. The stability of FN coatings on fluorocarbon/stainless steel substrates was accomplished through plastic deformation, static and under-flow dynamic tests. Coatings were characterized through X-Ray Photoelectron Spectroscopy, immunostaining, water contact angle, Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy and Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (imaging and depth profiling analyses). The interaction of coatings with endothelial cells and blood was also assessed. Regarding FN coatings, those where the protein was grafted, presented denser and more homogeneous coatings. In the case of while PRC coatings, those adsorbed resulted in higher homogeneity than those where PRC was chemical activated during the grating process. Surface characterization of FN/PRC was correlated to the biological properties. Coatings where FN was first grafted followed by the adsorption of PRC exhibited the best results for cardiovascular applications: promotion of endothelialization and hemocompatibility properties. Concerning the stability tests, FN grafted exhibited higher stability than FN adsorbed. Indeed, the relevance of investigating under dynamic conditions (under-flow tests) versus static tests as wells as the comparison of different strategies to create coatings were evidenced. Further experiments are required to study the stability of PRC coatings and to enhance the mimicking of the biological environment in order to predict the interaction of the coatings with living tissues in vivo. / En los últimos años hemos sido testigos de un notable crecimiento en el ramo de biomateriales; hemos sido partícipes de la evolución de simples prótesis a materiales complejos con bioactividad específica. Los avances en ciencias de materiales, así como en la comprensión del funcionamiento de sistemas biológicos, han traído consigo la posibilidad de crear materiales sintéticos capaces de modular/estimular respuestas específicas del organismo vivo, con lo cual ha sido posible mejorar significativamente el desempeño clínico de distintos biomateriales. En lo que respecta a dispositivos cardiovasculares, diversos revestimientos han sido investigados para modificar las propiedades de la superficie de stents con el fin de mejorar su eficacia clínica. Efectivamente, cuando un dispositivo médico es implantado en un organismo vivo, su éxito clínico se verá fuertemente influenciado por las primeras interacciones que su superficie establecerá con los tejidos y fluidos biológicos de sus alrededores. La concepción de revestimientos de biomateriales con distintas moléculas con propiedades complementarias ha sido un enfoque interesante en los últimos años para alcanzar diferentes objetivos biológicos. La elucidación de la interacción de las diferentes moléculas entre sí, y con el substrato, tiene alta relevancia en lo que respecta a la predicción de la preservación de propiedades biológicas específicas a cada molécula en cuestión. En este trabajo, se han creado revestimientos para aplicaciones cardiovasculares que contienen dos moléculas con propiedades complementarias: fibronectina (FN) para promover la endotelialización y fosforilcolina (PRC) por sus propiedades de hemocompatibilidad. Con el fin de crear los diferentes revestimientos, se aplicaron distintas técnicas de adsorción y de enlaces químicos entre las dos moléculas bioactivas. Dichos revestimientos fueron creados sobre un polímero de fluorocarbono depositado por tratamiento con plasma sobre acero inoxidable. Durante los primeros trabajos, se utilizaron películas de politetrafluoroetileno como superficies modelo con el fin de explorar la interacción de FN y PRC con superficies de fluorocarbono así como con células y sangre. La estabilidad de los revestimientos de FN en substratos de acero inoxidable recubierto del polímero fluorocarbonado fue investigada por medio de pruebas de deformación, así como pruebas en condiciones estáticas y dinámicas (bajo flujo). Los revestimientos fueron caracterizados por medio de análisis en Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X, inmunomarcado, ángulo de contacto, Microscopía Electrónica de Barrido, Microscopía de Fuerza Atómica y Espectrometría de Masa de Ionización Secundaria por Tiempo de Vuelo (éste último en análisis de imágenes y perfiles de profundidad). Igualmente, se realizaron pruebas de hemocompatibilidad, y se evaluó la interacción de los revestimientos con células endoteliales. Los revestimientos en los que la FN fue activada químicamente presentaron mayor densidad y homogeneidad que aquéllos donde la proteína fue simplemente adsorbida; mientras que la PRC adsorbida presentó mayor homogeneidad que aquélla que fue activada químicamente. La caracterización de superficie de los revestimientos de FN/PRC fue correlacionada con sus propiedades biológicas. Los revestimientos en los que la FN fue enlazada para posteriormente adsorber la PRC, mostraron los mejores resultados para aplicaciones cardiovasculares: promoción de la endotelialización y propiedades de hemocompatibilidad. En lo que respecta a las pruebas de estabilidad, la FN activada químicamente exhibió mayor estabilidad y revestimientos más densos incluso después de pruebas dinámicas bajo flujo. En efecto, gracias a estos experimentos, se logró poner de manifiesto la relevancia de la presentación de investigaciones de pruebas bajo flujo versus pruebas estáticas; de igual manera, fue posible poner en evidencia la relevancia de comparar diferentes estrategias en la creación de revestimientos con el fin de propiciar óptimas interacciones entre éstos y el organismo vivo. Como perspectivas y trabajos futuros, será requerido estudiar la estabilidad de los revestimientos de PRC, así como estudios biológicos más avanzados con el fin de predecir mejor la interacción de los revestimientos con tejidos in vivo.

Les maladies cardiovasculaires sont Lune des premières causes de mortalité en Amérique du Nord et est principalement due au vieillissement de la population. Il a été noté que 23 % de la population nord-américaine âgée de plus de 60 ans souffre d'une de ces maladies. Plusieurs remèdes permettant de remédier à ces maladies existent, dans un premier temps la prise de médicaments. Lorsque ces derniers ne sont plus efficaces, l'angioplastie ainsi que la pose de stents sont utilisées. Lorsque les fonctions de l'artère sont trop affectées, empêchant la circulation adéquate du sang, le remplacement de celleci par une prothèse est alors nécessaire. Malgré un taux de succès élevé pour les prothèses de plus de 6 mm de diamètre, le taux d'échec dans les 10 ans suivant l'implantation d'une prothèse en Téflon de moins de 6 mm de diamètre reste néanmoins de 66 %. Ce phénomène s'explique par la formation de thrombose et l'hyperplasie intimale. L'approche développée dans ce travail consistait donc à modifier la surface de ce polymère afin de favoriser la croissance des cellules endothéliales. En effet, sachant que ces cellules recouvrent naturellement la paroi des vaisseaux sanguins biologiques elles constituraient ainsi la surface hémocompatible par excellence. La stratégie développée au laboratoire était de conjuguer un peptide d'adhésion (RGD) et un peptide de prolifération (WQPPRARI) à la surface du polymère. Ces deux peptides ont été greffés suivant un modèle de patron en tirant profit des techniques d'impression et de pulvérisation développées au laboratoire. Dans le cadre de ce projet, le système de pulvérisation a été modifié, dans un premier temps, afin de traiter une plus grande superficie de surface car les tests biologiques nécessitaient des surfaces de 7 x 9 cm. La technologie consistait à pulvériser une solution de peptide RGD sous forme de gouttelettes de 10 um de diamètre avec un recouvrement de surface de 20 %, la surface non traitée était par la suite trempée dans la seconde solution peptidique soit : WQPPRARI. Une table x, y a été ajoutée au montage permettant ainsi de traiter uniformément de plus grandes surfaces. Les surfaces ainsi obtenues ont été évaluées quant à leur potentiel à promouvoir l'adhésion et la prolifération des cellules endothéliales humaines extraites de veines saphènes (HSVEC). Les expériences ont été effectuées in vitro autant en mode statique qu'en mode dynamique, afin de reproduire le plus possible les conditions d'un flux sanguin. Dans le cadre des études en mode statique, il a été observé que la présence de patron à la surface ne conduisait pas à une meilleure adhésion des cellules. Par contre, lors des tests en prolifération, il a clairement été démontré que le patron peptidique influençait la croissance cellulaire. Pour ce qui est des études en mode dynamique, l'attachement et la réorientation des cellules ont été observés. Une meilleure adhésion et une réorganisation cellulaire a été observée sur les surfaces patronnées. La micro structuration des surfaces de téflon avec les peptides RGD et WQPPRARI favorise donc une meilleure endothélialisation.

"Thèse en cotutelle présentée pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Bordeaux et de l'Université Laval"--Page de titre / Les maladies cardiovasculaires sont l’une des principales causes de mortalité dans le monde, engendrant le décès de plus de 17 millions de personnes par an. Ce chiffre éloquent augmentera jusqu’à atteindre selon l’OMS 23,4 millions de décès en 2030. Ces maladies sont associées à un rétrécissement de la lumière des vaisseaux sanguins qui peut entrainer une occlusion partielle ou complète du vaisseau. Le traitement le plus souvent utilisé est un traitement chirurgical visant à créer un pont qui va contourner la section obstruée, ou une section lésée. Actuellement, les conduits les plus utilisés pour les greffes sont les vaisseaux autologues, à savoir la veine saphène ou l’artère thoracique interne. Seulement, ces substituts ne peuvent être utilisés en remplace ment que s ’ils sont sains. L’alternative aux vaisseaux autologue s est l’utilisation de substituts synthétiques. Compte tenu du manque de biocompatibilité de ces greffons synthétiques, après quelques années seulement, une thrombose peut apparaitre. Une des cause s e st l’absence de cellules endothéliales (CEs) dans la lumière du substitut. Le point clé réside ici dans la fabrication d’un matériau capable de fournir au CEs un environnement favorable à leur adhésion et leur prolifération pour permettre la génération d’un endothélium dans la lumière du substitut synthétique. In vivo, les cellules capables de coloniser de tels matériaux sont les cellules progénitrices endothéliales, ces cellules sont capables de se différencier en cellules endothéliales matures et possèdent une capacité de prolifération supérieure aux cellules matures. Elles sont capables de réparer les vaisseaux et pourront donc être ciblées afin d’être recrutées in situ et ainsi endothélialiser le biomatériau. C’est dans ce contexte que nous avons choisi de modifier de façon chimique la surface d’un matériau modèle, un film de polyéthylène téréphtalate avec quatre principes actifs innovants sélectionnés pour leur capacité à induire l’adhésion des cellules ou leur différentiation pour permettre la régénérat ion d’un endothélium à la surface du matériau. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à concevoir et élaborer une méthode de fonctionnalisation homogène de ce polymère (par un lien covalent principe actif/matériau) par différents principes actifs avec une densité contrôlée et reproductible. Puis, ces principes actifs ont été disposés sous la forme de micro - patrons en surface du polymère par le biais de la technique de photolithographie. Ici, les peptides GRGDS et GHM ont été greffés pour améliorer l’adhésion des cellules, le dernier étant spécifique aux cellules endothéliales progénitrices. Le peptide SFLLRN et la sitagliptine ont été greffés pour induire ou accélérer la différenciation des EPCs en CEs matures. Toutes les surfaces ont été caractérisées pour valider le greffage covalent et connaitre la densité de molécules bioactives greffée. D’autre part avec une caractérisation approfondie des EPCs issues du sang de cordon ombilical, certains gènes et leur expression caractéristique des cellules souches et endothéliales ont été suivis par immunofluorescence et RT-qPCR pour déterminer leur état de différenciation. Ce travail n’aura été possible qu’après avoir déterminé quels gènes de références nous pouvions utiliser pour étudier le phénotype de trois types cellulaires à savoir, les cellules mononucléées CD34+, les EPCs et des CEs matures (extraites de la veine saphène). Finalement, ce projet de recherche a permis de mettre en évidence que certaines molécules bioactive s permettent d’améliorer l’adhésion de cellules mais peuvent aussi avoir un rôle pour accélérer ou retarder la différenciation des cellules. Aussi, la taille des micromotifs (micropatrons) a un impact sur l’expression de certains gènes spécifiques de la lignée endothéliale. En conclusion générale, ce projet prouve que la modification de surfaces des substituts avec des molécules bioactives est indispensable pour rendre le matériau attractif et pour régénérer un endothélium à la surface de celui-ci. Ce travail nous a aidé s à souligner l’importance de comprendre le comportement des EPCs et leur cinétique de différenciation pour leur utilisation en ingénierie vasculaire. / Cardiovascular disease is one of the leading causes of death in the world, killing more than 17 million people a year. This eloquent figure will increase to 23.4 million deaths in 2030, according to the WHO. These diseases are associated with a narrowing of the lumen of the blood vessels that may cause partial or complete occlusion of the vessel. The treatment most often used is a surgical treatment designed to create a bridge that will bypass the obstructed section or an injured section. Currently, the most used conduits for transplants are autologous vessels, namely the saphenous vein or the internal thoracic artery. Only these substitutes can only be used as a replacement if they are healthy. The alternative to autologous vessels is the use of synthetic substitutes. Due to a certain lack of biocompatibility of these synthetic grafts, after only a few years, a phenomenon of thrombosis sets in; the absence of endothelial cells (ECs) that cover the interior of t he substitute. The key point her e lies in the manufacture of a material capable of providing the ECs with a favorable environment for their adhesion and proliferation to allow the generation of an endothelium within a synthetic substitute. In vivo, cells capable of colonizing such materials are endothelial progenitor cells, these cells are capable of differentiating into mature endothelial cells and possess a higher proliferation capacity than mature cells. They are able to repair the vessels and can, therefore, be targeted to be recruited in situ and thus endothelialize the biomaterial. It is in this context that we have chosen to chemically modify the surface of a model material, a PET film with four innovative active ingredients selected for their ability to induce cell adhesion or differentiation to allow regeneration. an endothelium on the surface of the material. This project has initially made it possible to develop a protocol for grafting active ingredients covalently with a reproducible density and in a microstructured manner using photolithography. Here, the GRGDS and GHM peptides were grafted to enhance cell adhesion, the latter being specific to endothelial progenitor cells. The SFLLRN peptide and sitagliptin have been grafted to induce or accelerate the differentiation of EPCs into mature ECs. All surfaces have been characterized to validate covalent grafting and to know the density of grafted bioactive molecules. On the other hand, with a thorough characterization of EPCs from umbilical cord blood, some characteristic genes and proteins expression of stem and endothelial cells were followed by immunofluorescence and RT-qPCR to determine their state of differentiation. This work will have been possible only after determining which reference genes we could use to study the phenotype v of three cell types namely, CD34 + mononuclear cells, EPCs and mature ECs (saphenous vein extract). Finally, this research project has shown that some bioactive molecules can improve cell adhesion but can also have a role to accelerate or delay cell differentiation. Also, the size of the micropatterns has an impact on the expression of certain genes specific to the endothelial line age. As a general conclusion, this project proves that surface modification of substitutes wit h bioactive molecules is essential to make the material attractive and to regenerate an endothelium on the surface of it. This work has helped us emphasize the importance of understanding the behavior of EPCs and their kinetics of differentiation for their use in vascular engineering.