La transplantation d’îlots pancréatiques est une des thérapies proposées aux diabétiques de type 1. Cependant, la perte d’un nombre considérable d’îlots durant le processus est un frein à l’expansion de la thérapie (en culture : anoïkis et hypoxie ; lors de la greffe : réactions inflammatoires intenses déclenchées lors de l’infusion intra-portale). L’objectif de ce travail était de valider un biomatériau permettant d’optimiser la transplantation d’îlots. Nous avons pu démontrer l’efficacité du plasma réticulé sur la survie des îlots en culture via une diminution drastique de l’anoïkis. Nous avons également mis au point une technique de greffe intra-tissulaire à l’aide d’HPMC combinée à du plasma, permettant de reverser le diabète de manière semblable à la greffe hépatique. Ces travaux ont donc permis de valider l’importance d’un support de culture adapté, mais aussi du site receveur de la greffe et placé l’omentum comme site de choix pour ce type de greffe. / Pancreatic islet transplantation is one of the therapies proposed to type 1 diabetic patients. However, the considerable loss of islets during the process is an obstacle to the expansion of this therapy (culture: anoïkis and hypoxia; at graft time: intense inflammatory reactions triggered by intra-portal islet infusion). The objective of this work was to validate a biomaterial that can optimize islet transplantation. We were able to demonstrate the effectiveness of cross-linked plasma on the islet survival in culture through a drastic reduction of anoikis. We also design a new intra-tissular grafting technique using HPMC combined with plasma, which reversed diabetes in a manner similar to the liver. This work allowed validating the importance of an adapted culture support, but also the one of the recipient site. Also, this work placed the omentum as an excellent recipient site for this kind of transplant.

Résumé : Durant les dernières années, l’encapsulation d’îlots pancréatiques endocriniens a reçu une grande attention parce qu’elle pourrait constituer une solution pour diminuer les taux d'échecs des transplantations. Dans le contexte de la perte de la matrice extracellulaire (MEC) native des îlots lors de leur isolation et le rejet de greffes par le système immunitaire du receveur, cette thèse vise à améliorer la compréhension des interactions entre la MEC et les cellules des îlots pancréatiques endocriniens ainsi qu’à étudier les effets de stress apoptotiques associés à des éléments du système immunitaire sur la survie et les fonctions des îlots. Ces études pourraient permettre de raffiner notre compréhension des mécanismes associés au rejet des greffes d'îlots de Langerhans. Dans cette thèse, le premier chapitre constitue une revue de la littérature permettant de mettre en lumière les rôles réciproques de la MEC dans l'action des cellules immunitaires et l'influence de ces rôles sur le diabète de type 1 (DT1) et sur la transplantation d'îlots. Ce premier chapitre a été publié dans la revue Pathologie Biologie. Le premier travail expérimental comprend la culture de cellules d'insulinomes de rat (INS-1) sur des surfaces composées de carboxyméthyl dextrane (CMD) recouvertes de fibronectine, RGD ou YIGSR, un peptide synthétique de la laminine. Dans cette étude, l'effet bénéfique d’éléments de la MEC sur ces cellules productrices d'insuline a été démontré. Les cellules INS-1 ont davantage proliféré sur ces surfaces et sécrétaient plus d’insuline que les cellules INS-1 cultivées sur les surfaces contrôle de CMD, CMD+RGE et dans les plaques à multi-puits de polystyrène vendues pour la culture tissulaire (TCPS). Cette première étude a été publiée dans Acta Biomaterialia. La deuxième étude expérimentale avait pour objectif d’étudier l’effet protecteur de gels de fibrine pour enrober des îlots pancréatiques endocriniens isolés de jeunes porcs et exposés à deux concentrations de peroxyde d'hydrogène (H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2]). L’enrobage dans la fibrine a permis de réduire l'apoptose chez les cellules des îlots et d’améliorer la sécrétion d'insuline par ceux-ci lorsque les résultats étaient comparés à ceux des îlots non-enrobés. Ce travail a été publié dans la revue Islets. Dans la troisième étude expérimentale, des îlots porcins étaient enrobés dans des gels de fibrine et d'alginate et exposés à des monocytes humains pour comparer l’effet de l’enrobage par ces deux matériaux sur la survie et les fonctions des îlots. Les monocytes sécrétaient des concentrations importantes de cytokines TNFα, IL-6, IL-1β en réponse à la fibrine seule et aux îlots. Les cellules des îlots enrobés dans les gels de fibrine et d'alginate étaient moins apoptotiques et sécrétaient plus d'insuline que leurs contrôles respectifs non-enrobés. Cette étude a été acceptée dans la revue Pathologie Biologie. // Abstract : In recent years, the encapsulation of endocrine pancreatic islets has received enhanced attention as it might constitute a solution for islet transplantation failure. In the context of the loss of the native islet extracellular matrix (ECM) and graft rejection by the recipient’s immune system, this thesis aims to improve the understanding of ECM-islet cell interactions and immune system-related implications in islet survival and function in the context of type 1 diabetes mellitus (T1DM) and islet graft rejection. In the first chapter, a literature review introduces the reciprocal roles of the ECM in immune cell action and the influence of these interactions on T1DM and islet transplantation. The most important ECM components are discussed followed by an overview of immune cells and their possible implication in diabetes. Immune cell integrins and cytokines and their communication with and influence on ECM are highlighted, concluding in a brief discussion of the significance of these interactions for islet transplantation and encapsulation. This review has been accepted for publication by Pathologie Biologie. The first experimental work comprises the culture of rat insulinoma cells (INS-1) on welldefined low-fouling carboxymethyl-dextran (CMD) surfaces covalently grafted with fibronectin, RGD and YIGSR, a synthetic laminin peptide, resulting in higher cell proliferation and insulin secretion of INS-1 cells when compared to the controls CMD, CMD+RGE and tissue culture polystyrene (TCPS) plates. With this work, the beneficial effect of ECM cues on insulin-producing cells was proven. This study has been published in Acta Biomaterialia. The second experimental work aimed to study the effect of fibrin gels when used to embed endocrine pancreatic islets isolated from young pigs and exposed to hydrogen peroxide (H[subscript 2]O[subscript 2]). Fibrin-embedded islets showed less apoptosis and higher relative insulin secretion than islets on TCPS, verifying the protective effect of fibrin towards islets. This study has been published in Islets. In the third experimental study, porcine islets were encapsulated in fibrin and alginate gels and exposed to human monocytes to compare the two materials and to further investigate the immune protective properties of fibrin and alginate. Monocytes secreted high concentrations of TNFα, IL-6, and IL-1β in response to fibrin, but at the same time islets in both fibrin and alginate gels were less apoptotic and secreted more insulin then their TCPS controls. This study has been submitted to Pathologie Biologie.

L’ischémie est une des problématiques majeurs de la transplantation, elle intervient au moment de la déconnexion d’un organe du système vasculaire et dure jusqu’à sa reconnexion chez le receveur. Elle provoque une diminution de la qualité des greffons et seulement un-tiers des pancréas éligibles aboutissent à une transplantation. Ce travail de thèse avait pour objectif d’améliorer la qualité des greffons en préparant les pancréas à subir l’ischémie par le préconditionnement et à améliorer leur préservation après avoir identifié les voies impliquées dans l’ischémie. Des changements métaboliques majeurs au niveau de l’organe ont été mis en évidence dépendant du temps d’ischémie, impliquant des dommages sur la partie endocrine du pancréas, les îlots. Ceci a été empêché par le préconditionnement du pancréas à l’ischémie activant les défenses antioxydantes et par l’utilisation de l’hémoglobine M101 issue de ver marin apportant de l’oxygène au cours de la préservation des pancréas de rat et humains. Ainsi, il est possible d’améliorer la qualité des greffons en agissant en amont du prélèvement et au cours de la préservation, ceci permettant une meilleure fonction. / Ischemia is one of the major problems of transplantation, it occurs at the time of disconnection of an organ of the vascular system and lasts until its reconnection in the recipient. It causes a decrease in graft quality and only one-third of the eligible pancreases results in a transplant. This work aimed to improve the quality of the grafts in preparing the pancreas to undergo ischemia preconditioning and improve their preservation after identifying the pathways involved in ischemia. Major metabolic changes in the organ have been demonstrated that appeared to ischemia time dependent enhancing damages to the endocrine part of the pancreas, the islets. This was prevented by the preconditioning of the pancreas to ischemia activating the antioxidant defenses and by the use of the marine worm M101 hemoglobin providing oxygen during the preservation of rat pancreas and humans. Thus, it is possible to improve the quality of the grafts by acting upstream of the sample and during the preservation, this allowing a better function.

De l’isolement des îlots pancréatiques à leur implantation, l’inflammation est omniprésente au cours de la transplantation d’îlots pancréatiques. Le maintien d’une inflammation contrôlée est essentiel pour préserver la survie et la fonctionnalité du greffon à court et long terme. L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier précisément les mécanismes inflammatoires à l’origine de la perte précoce des îlots et de déterminer des cibles thérapeutiques pour limiter ces réactions inflammatoires.Nous avons ainsi démontré que les conditions de culture induisent des réactions à l’origine du développement d’un phénotype pro-inflammatoire et pro-oxydant propre à l’îlot. Cette induction se caractérise par une élévation de la sécrétion de cytokines, de chimiokines pro-inflammatoires, une activation des voies de l’inflammation Toll-like récepteurs (TLRs)-dépendantes et une génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Toutefois, ce processus peut être prévenu par l’activation de l’Hème oxygénase-1 (HO-1), une enzyme anti-oxydante et anti-inflammatoire.Par l’étude des réactions inflammatoires sur un modèle animal de transplantation mimant les conditions de transplantation humaine, nous avons démontré qu’un changement des médiateurs plasmatiques de l’inflammation et du protéome hépatique s’opère 12 heures après transplantation. De plus, ces résultats sont associés à une infiltration des îlots par les cellules immunitaires qui s’organise 12 heures après transplantation. Nous avons également établi le rôle anti-inflammatoire de la rapamycine (une drogue immunomodulatrice) sur les îlots et les macrophages in vitro. Nous avons ainsi démontré que l’usage de la rapamycine avec la mise en place d’un pré-traitement des îlots et du receveur avant la greffe serait envisageable. Ces travaux ont permis de caractériser les mécanismes inflammatoires mis en oeuvre immédiatement avant et après transplantation. Ainsi, ces données offrent de nouvelles pistes thérapeutiques susceptibles de prévenir et/ou limiter l’inflammation au cours de la transplantation d’îlots pancréatiques. / From isolation of pancreatic islets to their implantation, the inflammation is ubiquitous in the pancreatic islet transplantation. Maintaining a controlled inflammation is essential to preserve the survival of the graft and the functionality in the short and long term. The objective of this work is to identify precisely the inflammatory mechanisms behind the early loss of islets and identify therapeutic targets to reduce these inflammatory reactions. We have demonstrated that culture conditions induce reactions causing the development of a specific proinflammatory and pro-oxydant phenotype islet. This induction is characterized by an increase in the secretion of cytokines, chemokines pro-inflammatory activation pathways of inflammation Toll-like receptors (TLRs) -dependent and generation of reactive oxygen species (ROS). However, this process can be prevented by the activation of Heme oxygenase-1 (HO-1), an antioxidant and anti-inflammatory enzyme.By studying the inflammatory responses in an animal model of transplantation mimicking the conditions of human transplantation, we demonstrated that a change of plasma mediators of inflammation and liver proteome occurs 12 hours after transplantation. Furthermore, these results are associated with infiltration of the islets by immune cells which organizes 12 hours after transplantation. We also determined the anti-inflammatory role of rapamycin (an immunomodulatory drug) on the islets and macrophages in vitro. We have thus demonstrated that the use of rapamycin with the establishment of a pre-treatment of islets and recipient before transplantation could be considered. These studies have characterized the inflammatory mechanisms implemented immediately before and after transplantation. Thus, these data provide new therapeutic approaches that can prevent and / or reduce inflammation during pancreatic islet transplantation