Le génie tissulaire vise à remplacer, réparer ou reproduire un organe ou un tissu pour des fins de chirurgie reconstructive ou de remplacement et pour servir de modèle d’étude et de recherche. Les substituts vasculaires produits par génie tissulaire peuvent être partiellement caractérisés en mesurant certaines de leurs propriétés mécaniques telles que la pression d’éclatement et la compliance et en les soumettant à des essais de fatigue et de fluage. La mesure des ces caractéristiques permet de vérifier que la méthode de fabrication produit des substituts vasculaires présentant des caractéristiques d’ordre physiologique. Un système permettant la mesure de ces propriétés mécaniques de manière fiable, précise et répétitive a été conçu et fabriqué. Ce système contrôlé par ordinateur soumet les substituts à des pressions hydrodynamiques dont les valeurs sont enregistrées de façon synchronisée avec les mesures de diamètre du substitut. L’analyse des données produites permet de calculer les propriétés mécaniques d’intérêts. / Tissue engineering presents a promising approach for producing tissues to replace, repair or reproduce tissues and organs to be used for reconstructive surgery or as a research model. Tissue engineered vascular constructs can be partially characterized by measuring certain mechanical properties such as burst pressure and compliance and submitting them to creep and fatigue tests. Measuring these mechanical properties allows researchers to assess a method’s capability of producing vascular constructs possessing mechanical properties similar to those of native vessels. A system to measure these important mechanical properties in a reliable, precise and repeatable manner was designed and built. The computer controlled system exposed the vascular constructs to various hydrostatic pressures and simultaneously recorded the construct’s internal pressure and external diameter. These values are then used to calculate the mechanical properties of interest.

Le système urinaire a pour objectif l'évacuation des produits du catabolisme sous forme d'urine. Cette fonction permet au sang d'être épuré en permanence et de préserver ainsi l'équilibre de la composition sanguine (homéostasie). De nombreuses pathologies touchent la vessie et le manque de tissu autologue ayant des propriétés similaires à cette dernière constitue une limite importante à sa reconstruction. Contrairement aux débuts du génie tissulaire, l'organisation cellulaire et moléculaire est aujourd'hui fortement prise en compte, c'est pourquoi cette technique fait appel à diverses matrices et aux cellules de l'hôte pour reproduire un substitut conforme au tissu natif. Lors de la conception d'une néovessie, l'objectif est d'imiter la structure de la paroi vésicale ainsi que l'organisation de l'urothélium, responsable de l'étanchéité contre l'urine. Ce mémoire a donc pour but de placer le modèle que nous proposons pour la reconstruction vésicale, dans le contexte du génie tissulaire et de ses limites actuelles.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janiver 2024) / Les patients urologiques peuvent être affectés par des malformations congénitales ou acquises. Ces dernières peuvent nécessiter une reconstruction chirurgicale pour rétablir une fonction normale du système génito-urinaire. Parmi les anomalies congénitales, l'hypospadias est la malformation pénienne la plus fréquente. Elle se caractérise par un urètre anormalement court et donc une mauvaise position du méat urinaire. Ce dernier se situe alors sur la face ventrale du pénis, plus ou moins loin de sa position normale sur le gland. L'écart entre la position pathologique et la position normale du méat urinaire définit la gravité de l'anomalie. Les cas les plus critiques (dont le méat est situé proche du scrotum) présentent des problèmes fonctionnels tels qu'un jet urinaire non dirigeable ainsi qu'une émission du sperme au niveau scrotal rendant impossible la fécondation, sans compter les conséquences psychologiques. D'autres anomalies moins fréquentes peuvent nécessiter la reconstruction d'une partie ou de la totalité du pénis, et donc de l'urètre. On peut par exemple citer l'épispadias, le micropénis ou les strictures. Afin de traiter au mieux ces patients, des tissus autologues peuvent être utilisés pour rétablir une fonction pénienne normale. Pour cela, de nombreux substituts ont été testés. Néanmoins, la muqueuse buccale reste aujourd'hui la méthode de choix en l'absence de prépuce (en pédiatrie). Cette approche est caractérisée par de nombreuses complications à court et long terme, que ce soit au niveau du site donneur ou au niveau du site reconstruit. La fonctionnalité du tissu buccal n'étant pas optimale pour protéger le tractus urinaire, des récidives, fistules et strictures touchent une partie non négligeable des patients. De plus, la quantité de tissu utilisable est limitée, ce qui est problématique pour les anomalies les plus complexes, qui nécessitent une reconstruction sur plusieurs centimètres. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de produire puis de caractériser un substitut urétral humain fonctionnel. Les caractéristiques mécaniques obtenues (élasticité et force du tissu) permettent au tissu d'être aisément manipulé par le chirurgien. De plus, l'aspect histologique, les marqueurs fonctionnels et l'imperméabilité du substitut, se sont révélés très proche des tissus natifs. En effet, la différenciation optimale des cellules urothéliales présentes sur le substitut permet d'en assurer l'étanchéité et donc le maintien de l'intégrité des tissus sous-jacents face à l'urine. Par conséquent, l'étude du substitut a ensuite été approfondie, grâce à une étude préclinique chez le lapin, animal modèle largement utilisé dans la littérature pour étudier les greffes péniennes. Cette étude a permis de confirmer la fonctionnalité in vivo, ainsi que la prise de la greffe et le maintien de celle-ci chez l'animal immunosupprimé tout au long de notre expérience. Dans le troisième volet de cette thèse, un milieu défini sans sérum a été élaboré et caractérisé dans le but de faciliter la translation clinique du substitut produit. Les résultats présentés montrent que le milieu défini sans sérum que nous avons élaboré permet d'assurer la culture cellulaire non seulement des cellules stromales vésicales et dermiques, mais aussi des cellules épithéliales correspondantes, c'est-à-dire des cellules urothéliales et des kératinocytes. Ainsi, nos travaux supportent l'idée que l'ingénierie tissulaire, et plus particulièrement la technique d'auto-assemblage utilisée lors des expériences, représenterait une alternative pour traiter les patients nécessitant une reconstruction partielle ou totale de l'urètre. Puisque les tissus vésicaux disposent des mêmes caractéristiques fonctionnelles que ceux de l'urètre, ces résultats pourront ensuite être adaptés aux anomalies vésicales et urétérales, et ainsi permettre le traitement de pathologies dont les stratégies thérapeutiques actuelles présentent d'importants effets secondaires ou ne répondent pas aux besoins des cas les plus sévères. / Urologic patients may be affected by congenital or acquired malformations requiring surgicalreconstruction to restore normal function of the genitourinary system. Among congenitalanomalies, hypospadias is the most common penile malformation. It is characterized by anabnormally short urethra and therefore an abnormal position of the meatus below the glanspenis. The distance from the glans will define its severity. The most significant cases lead todysfunctions such as a non-directable urinary stream as well as emission of semen from theproximal segment of the urethra, resulting in infertility, in addition to the psychologicalconsequences. Other anomalies may require reconstruction of part of the penis, and therefore, the urethral plate, such as epispadias, micro-penis, or stricture. To better treat these patients, autologous tissues can be used to restore normal penilefunctions. Many substitutes have been tested. However, the oral mucosa remains the « goldstandard » when the foreskin is no longer available (in pediatric patients). Nevertheless, thisapproach is characterized by many short and long-term complications either at the donorsite or at the reconstructed site. As the functionality of the oral tissue is not optimal to protectthe urinary tract, recurrences, fistulas and strictures affect a significant proportion of patients. In addition, the amount of usable tissue is limited, which is problematic for the most complexanomalies that require reconstruction over several centimeters. The work presented in this thesis allowed the production and the characterization of a humanfunctional urethral substitute. The obtained mechanical characteristics(elasticity and strengthof the tissue) allow the tissue to be easily manipulated by the surgeon. In addition, thehistological appearance, markers of functionality and impermeability of the latter were foundto be very close to the native tissues. Indeed, the optimal differentiation of the urothelial cellspresent in the substitute provide the watertightness and therefore, the maintenance of theintegrity of the underlying tissue. For this reason, the evaluation of the substitute was thendetailed through an in vivo preclinical study in rabbits, an animal model widely used in theliterature to study penile reconstruction. This study confirmed the functionality in vivo, aswell as the acceptance and maintenance of the graft in immunosuppressed animals. In the third part of this thesis, and to facilitate the clinical translation of the engineeredsubstitute, the study of a serum-free defined medium was carried out for its production. Theresults presented here show that the defined serum-free medium supports cell culture ofvesical and dermal stromal cells, but also of the corresponding epithelial cells: the urothelialcells and keratinocytes. Thus, our work supports the idea that tissue engineering, and more particularly the selfassembly technique used in these experiments, would represent an alternative for treatingpatients requiring partial or total reconstruction of the urethra. Since bladder tissue has thesame functional characteristics as the urethral tissue, our results could also be adapted to treatbladder or ureteral abnormalities for which current treatments have significant side effects.

La production de tissus par génie tissulaire est un domaine dont la finalité clinique est en pleine expansion. De nombreux facteurs restent cependant à améliorer afin de permettre leur utilisation extensive. Nos objectifs étaient d’évaluer la capacité d’extraits d’algue et des molécules isolées de sérum à optimiser différentes étapes de la production des tissus par génie tissulaire. Nos hypothèses étaient que l'ajout des extraits d’algue diminue le temps de fabrication des peaux reconstruites en stimulant la production et le dépôt de matrice alors que les protéines isolées du sérum stimulent la production de microparticules (MP) par les cellules du derme, ces MP ayant été démontrées avoir une action sur la croissance des cellules endothéliales et donc sur la vascularisation des greffons. / Skin production by tissue engineering method is a field whose clinical purpose is expanding. However, many factors need to be improved to enable their extensive use. Our objectives were to evaluate the ability of seaweed extracts and serum molecules to optimize different stages of tissue-engineered skin production. Our hypotheses were that adding seaweed extracts reduces the manufacturing time of reconstructed skin by stimulating the production and the deposition of the extracellular matrix while serum- isolated proteins stimulate the production of microparticles (MP) by the dermal cells, the MP stimulating growth of endothelial cells and thus, potentially, vascularization of the grafts.

Les transsections nerveuses peuvent conduire à une perte de sensibilité tactile et une paralysie complète. Malheureusement, peu d’options s’offrent aux cliniciens. L’autogreffe nerveuse, le standard en clinique, induit un déficit au site de prélèvement en plus d’induire une récupération fonctionnelle incomplète. Une alternative est d’utiliser des conduits nerveux faits de biomatériaux pour guider la migration axonale, mais ceux-ci comportent plusieurs limites cliniques. Notre objectif est de fabriquer un tube nerveux (TN) vivant complètement autologue dans lequel un réseau de capillaires sera développé in vitro par ensemencement de cellules endothéliales (CE), afin de favoriser une vascularisation rapide du greffon, ainsi que de cellules de Schwann (CS), pour permettre une croissance optimale des neurites et favoriser la migration axonale. Le TN est composé d’un feuillet de fibroblastes avec CE enroulé sur lui-même pour former un tube plein et enrichi en CS. Les TN humains sont implantés chez des rats RNU immunodéficients pour combler un déficit du nerf sciatique de 15 mm. Le remodelage du greffon est suivi en quantifiant la migration axonale par marquage en immunofluorescence des neurofilaments L après 2, 4 et 8 semaines d’implantation. Les TN ont été implantés avec succès chez le rat et leur structure interne a rapidement été remodelée. Une revascularisation des tubes sur toute leur longueur a été observée dès la 4ᵉ semaine d'implantation, y compris dans les tubes non endothélialisés. Les fibres nerveuses ont reconnecté avec le segment distal du nerf lésé à 8 semaines, la migration axonale étant similaire à celle de l'autogreffe en proximal. En produisant des tubes vivants entièrement autologues susceptibles de libérer des facteurs de croissance neurotrophiques et d’accélérer la vascularisation du greffon grâce à un réseau microvasculaire préétabli, nous espérons développer une nouvelle approche thérapeutique personnalisée pour améliorer le traitement des blessures des nerfs périphériques / Even with recent advancements, the treatment of peripheral nerve transections remains a challenge. Peripheral nerve transections may lead to loss of sensibility and motor function of the upper and lower limbs. Unfortunately, clinicians only have few options to repair the gap. Our goal is to produce a fully autologous scaffold-free nerve tube (NT) to guide axonal migration. A viable pre-vascularized tube seeded with Schwann cells (SCs) could allow a faster recovery for patients with major peripheral nerve transections by supporting an optimal axonal migration. NT’s are made from fibroblast cells which deposit their own extracellular matrix into a manipulable sheet, on which are seeded endothelial cells (ECs) and SCs to form a filled tubular structure, a technique based on the self-assembly method. NTES were implanted in immunodeficient RNU rats to repair a 15 mm sciatic nerve defect. Graft innervation was followed by quantification of axon migration using immunofluorescent staining of neurofilament L after 2, 4 and 8 weeks post-implantation. The internal structures of the NTES rapidly remodeled and successfully reconnected with the proximally severed nerve segment. Immunofluorescent labelling of rat neurites indicates that nerve fibers migrated through the construct and reached the distal nerve stump after 8 weeks. Furthermore, myelinated fibers were detected in the NTES. In its proximal section, axonal migration was similar to the autograft control. Also, revascularization was noted along the entire tube length as soon as the 4ᵗʰ week after implantation. The anastomosis of the pre-established human capillaries was successful. Indeed, rat red blood cells were identified in the lumen of human capillaries within the NT graft. Pre-vascularized NT’s with autologous ECs have the potential to greatly accelerate revascularization in the graft and thereby provide oxygen and nutriments during the process of nerve regeneration. Moreover, SC may release neurotrophic factors that can enhance peripheral nerve regeneration.

Le système urinaire a pour objectif l’élimination des produits du catabolisme sous forme d’urine. Cette fonction permet au sang d’être épuré en permanence et de maintenir ainsi l’équilibre de la composition sanguine (homéostasie). Plus précisément, la vessie est un réservoir extensible et étanche, responsable de l’emmagasinage de l’urine à basse pression, avant qu’elle soit évacuée hors de l’organisme. Diverses pathologies peuvent compromettre ces propriétés et endommager gravement le haut appareil urinaire. La confection d’une néovessie est alors essentielle pour assurer une collecte à basse pression de l’urine. La reconstruction vésicale par les techniques de chirurgie est associée à des complications cliniques significatives, causées principalement par l’absence de protection contre l’urine, normalement assurée par un épithélium hautement spécialisé : l’urothélium. Contrairement aux débuts de l’ingénierie tissulaire, pendant lesquels l’organisation cellulaire et moléculaire étaient relativement négligées, celles-ci sont aujourd’hui fortement prises en compte. C’est pourquoi cette technique fait appel à diverses matrices et aux cellules de l’hôte pour reproduire un substitut aussi conforme que possible au tissu natif. Toutefois, à ce jour, aucun modèle de substitution n’a été en mesure de pallier aux limites précédemment documentées. La complexité du remplacement vésical motive donc notre équipe à rechercher un substitut alternatif plus adapté cliniquement. L’objectif de ce projet de recherche était la mise au point de nouvelles méthodes pour parvenir à l’élaboration d’un substitut vésical comparable à la muqueuse d’une vessie native, puis la caractérisation de notre modèle aussi bien au plan structural que fonctionnel. Á partir de tissu porcin, plusieurs types cellulaires composant la paroi vésicale sont extraits simultanément puis caractérisés in vitro. Les cellules mésenchymateuses et urothéliales évoluent alors dans une culture tridimensionnelle pour former par génie tissulaire un tissu manipulable. La caractérisation de notre modèle vésical légitimise cette méthode qui semble très prometteuse pour répondre aux besoins dans le domaine / The purpose of the urinary tract is to ensure the evacuation of catabolic products in urine form. This function permits to preserve the equilibrium and consistency of the blood components (homeostasis). More precisely, the bladder is a watertight and compliant reservoir in charge of urine storage at low pressure, before its evacuation out of the organism. The bladder is subject to various pathologies, which could compromise its specific properties and damage the upper urinary tract. Therefore, the elaboration of a new reservoir is essential to collect the urine at low pressure. Surgical reconstruction is associated to significant complications, principally due to the lack of protection against urine, physiologically ensured by the highly specialized uro-eptithelium. Contrarily to the beginning of tissue engineering, cellular and molecular organizations are strongly considered nowadays. It is the reason why this discipline needs different matrices and host cells to reproduce a substitute conform to the original organ. But to date, no bioengineered models were able to completely overcome the limitations previously reported. The complexity of the vesical replacement remained a major challenge that led our team to research a more efficient bladder substitute. This project describes the approaches elaborated to achieve a vesical substitute comparable to the bladder mucosa. In addition, the structural and functional properties of our in vitro reconstructed models will be characterized with the use of different techniques. Based on our previous studies, several cellular types were isolated from the bladder wall, and then characterized in vitro. Using specific techniques of tissue-engineering, bladder mesenchymal and urothelial cells evolve in a three-dimensional culture to produce a tissue easy to handle. The maturation degree of our reconstructed models reached satisfactory characteristics to meet the need in the bladder regenerative field, and could led to better post-surgical results.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / L’épidermolyse bulleuse dystrophique récessive (EBDR) est une maladie génétique rare causée par des mutations dans le gène COL7A1, codant pour le collagène de type VII, qui est sécrété par les kératinocytes et les fibroblastes cutanés. Le collagène de type VII forme les fibrilles d'ancrage responsables de l'adhésion à la jonction dermo-épidermique et son absence provoque des décollements de l'épiderme. Il n'y a aucun traitement curatif pour l'EBDR. L’objectif de ce projet est de développer un traitement pour l'EBDR par thérapie génique, en utilisant la peau reconstruite par génie tissulaire produite à partir de fibroblastes et de kératinocytes humains modifiés génétiquement pour exprimer le gène COL7A1. Une méthode de transduction de fibroblastes et de kératinocytes a été optimisée. L'efficacité des facilitateurs EF-C et polybrène à augmenter la transduction des vecteurs rétroviraux pseudotypés avec les enveloppes Ampho, BaeV, Galv ou RD114 a été comparée. Les conditions optimisées ont été utilisées pour délivrer le gène COL7A1 portant une étiquette hémaglutinine dans les cellules utilisées pour reconstruire la peau in vitro par la méthode d'auto-assemblage. Les résultats montrent que le peptide EF-C a augmenté la transduction des fibroblastes et des kératinocytes en comparaison au polybrène. De plus, l’évaluation de l’efficacité de formation des colonies a indiqué que les conditions de transduction optimisées ont permis de préserver des kératinocytes formant des clones typiquement associés aux cellules souches. Lorsque les cellules transduites par le vecteur ont été utilisées pour produire des peaux reconstruites, le collagène de type VII synthétisé à partir du gène inséré s'est localisé à la jonction dermo-épidermique comme le collagène natif. Ces résultats indiquent que le transfert de gènes pour produire la peau reconstruite est une technologie prometteuse pour le traitement de l'EBDR. La greffe de ces tissus autologues sur les patients pourrait offrir une méthode efficace et sécuritaire pour traiter cette maladie. / Recessive dystrophic epidermolysis bullosa (RDEB) is a rare genetic disease caused by mutations in the COL7A1 gene, which encodes type VII collagen. Secreted by keratinocytes and fibroblasts, the type VII collagen forms the anchoring fibrils that ensure dermal-epidermal junction cohesion in the skin. Its absence leads to epidermal detachment. There is no cure for RDEB. The objective of this project is to develop a treatment for RDEB, integrating gene therapy and tissue-engineered skin substitutes produced with human fibroblasts and keratinocytes genetically modified to express the COL7A1 gene. A method to transduce fibroblasts and keratinocytes was optimized. The efficacy of the enhancers EF-C and polybrene to increase the transduction efficiency of pseudotyped retroviral vectors with the Ampho, Baev, Galv or RD114 envelopes was compared. The optimized conditions were used to deliver the COL7A1 gene tagged with hemagglutinin (HA) in the cells used to reconstruct in vitro tissue-engineered skin substitute by the self-assembly method. Results showed that the EF-C-peptide increased transduction of fibroblasts and keratinocytes in comparison to polybrene. In addition, the colony forming efficiency assay indicated that optimized conditions of transduction allowed to preserve keratinocyte clones typically formed by stem cells. When transduced cells were used to produce tissue-engineered skin substitute, type VII collagen synthesized from the newly inserted COL7A1 tagged HA gene was located at the dermal-epidermal junction like in native skin. These results indicate that the combination of gene therapy and tissue engineering is a promising technology for the treatment of RDEB. The transplantation of autologous tissue-engineered skin substitutes genetically corrected with normal COL7A1 gene in RDEB patients could offer a safe and effective method to treat this disease.

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.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016 / La cornée est la couche la plus antérieure de l'oeil et sa transparence permet de laisser passer les ondes lumineuses vers la rétine. Cependant, la localisation de la cornée la prédispose à des blessures chimiques et mécaniques. La guérison des blessures cornéennes est un mécanisme complexe faisant intervenir la mort cellulaire, la migration, la prolifération, la différenciation et le remodelage de la matrice extracellulaire (MEC). Dans cette étude, nous avons utilisé la cornée humaine reconstruite par génie tissulaire composée d’un épithélium et d’un stroma afin d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires de la guérison des plaies, en particulier le remodelage de la MEC exercé par les métalloprotéinases matricielles (MMPs). Les analyses en profilage génique sur biopuces à ADN nous ont permis de démontrer que l’expression de plusieurs gènes était dérégulée lors de la guérison des plaies dans notre modèle. L’expression des gènes codant pour les MMPs, tel que confirmée en qPCR, est augmentée dans l’épithélium migrant afin de recouvrir la plaie. Les analyses en zymographie sur gel ont démontré que les MMPs étaient converties en leur forme enzymatiquement active au fur et à mesure que la lésion se referme. Par ailleurs, nous avons démontré que l’expression des MMPs par les cellules épithéliales est influencée par la présence des fibroblastes dans le stroma ainsi que par leur sécrétion d’une MEC enrichie en collagènes. De plus, les analyses en spectrométrie de masse ont confirmé que la présence d’un épithélium stratifié est requise pour la synthèse et l’organisation adéquate de la MEC. Enfin, les résultats de ces travaux améliorent nos connaissances des mécanismes cellulaires et moléculaires qui modulent la guérison des plaies cornéennes et pourront certainement mener à des progrès en clinique, notamment au niveau du développement de thérapies visant à traiter les troubles de la cornée. / The cornea is located at the outer surface of the eye and its transparency is required to allow light transmission to the retina. However, because of its location, the cornea is subjected to chemical and mechanical injuries. Corneal wound healing is a complex mechanism involving many processes such as cell death, migration, proliferation, differentiation and extracellular matrix (ECM) remodeling. In the present study, we used a tissue-engineered, two-layers (epithelium and stroma) human cornea as a biomaterial to study both the cellular and molecular mechanisms of wound healing, more specifically the ECM remodeling exerted by matrix metalloproteinases (MMPs). Gene profiling on microarrays revealed important alterations in the pattern of genes expressed by tissue-engineered corneas in response to wound healing. Expression of many MMPs-encoding genes was shown by microarray and qPCR analyses to increase in the migrating epithelium of wounded corneas. Many of these enzymes were converted into their enzymatically active form as wound closure proceeded. In addition, expression of MMPs by human corneal epithelial cells was affected both by the stromal fibroblasts and the collagen-enriched ECM they produce. Most of all, results from mass spectrometry analyses provided evidence that a fully stratified epithelium is required for proper synthesis and organization of the ECM on which the epithelial cells adhere. This study will improve our understanding of the cellular and molecular mechanisms that modulate human corneal wound healing by exploiting a new, innovative 3D reconstructed tissue much closer to the native cornea. It is likely that our study will lead to the development of novel therapies for the treatment of many corneal disorders.

Le cordon ombilical humain suscite beaucoup d’intérêt comme source de cellules à des fins de recherche et de thérapie. Quatre types cellulaires majeurs - les cellules épithéliales, stromales, musculaires lisses et endothéliales - composent les tissus solides du cordon ombilical. Quelques-uns de ces types cellulaires ont été utilisés en recherche scientifique depuis longtemps, alors que d’autres commencent à peine à dévoiler leur potentiel. Nous avons développé un protocole unique pour l’extraction séquentielle de tous ces types cellulaires d’un seul cordon ombilical, permettant ainsi la reconstruction à partir d’une même source. La combinaison des techniques de perfusion, immersion et explants a mené à la mise en culture et à l’expansion de ces cellules, dont les cellules épithéliales et les cellules stromales de la gelée de Wharton qui ont été caractérisées plus en détail par l’immunomarquage de protéines spécifiques. Leur potentiel pour la médecine régénératrice a été démontré par la production de tissus par génie tissulaire. Un vaisseau sanguin composé de cellules stromales et de cellules musculaires lisses du cordon ombilical démontra une résistance substantielle à l’éclatement. Les capacités de différenciation des cellules épithéliales ont été étudiées dans le contexte d’une peau bilamellaire reconstruite en combinaison avec des kératinocytes, des fibroblastes dermiques, et des cellules stromales de la gelée de Wharton. Les cellules épithéliales ont montré une différenciation similaire à celle des kératinocytes lorsque cultivées sur des fibroblastes dermiques et exposées à l’air, tandis que sur des cellules stromales du cordon, elles ont subi une désorganisation. Finalement, la différenciation des cellules stromales a été induite en culture vers plusieurs types cellulaires afin de compléter cette étude. L’ensemble des résultats fait ressortir l’importance non seulement de l’influence du milieu physique sur la croissance et la différenciation des cellules, mais également de l’impact de la provenance des cellules sur la qualité des tissus reconstruits. / The human umbilical cord has received increasing attention as a source of cells for both research and therapeutic purposes. Four main cell types – epithelial, stromal, smooth muscle and endothelial cells – make up the solid tissues of the umbilical cord. Some of these cell types have been used in research for decades, while the potential of others is just being recognised. We have developed a unique protocol for the sequential extraction of all four cell types from a single umbilical cord, thus allowing the reconstruction of tissues and organs with cells from the same source. A combination of perfusion, immersion and explant techniques allows the successful extraction and expansion in culture of these cells. Further characterisation of the epithelial and Wharton’s jelly cells was carried out by immunofluorescent staining of specific proteins. The potential of these cells for use in regenerative medicine was demonstrated through the production of tissue-engineered constructs, including a blood vessel composed of umbilical cord stromal and smooth muscle cells which showed a substantial burst resistance under pressure. The capacity for differentiation of cord epithelial cells was studied in the context of a bilayered reconstructed skin substitute, in combination with keratinocytes, dermal fibroblasts, and Wharton’s jelly cells. These epithelial cells differentiated in a manner similar to keratinocytes when cultured on dermal fibroblasts and exposed to air, but under the same conditions on cord stromal cells they degenerated. Finally, to complete our study the Wharton’s jelly cells were induced to differentiate in vitro into various mesenchymal cell types. Globally, this work shows the importance of not only the culture conditions on the growth and differentiation of the various cell types, but also the important effect of the cell source on the resulting reconstructed tissues.