La transplantation d’îlots pancréatiques offre un traitement potentielle pour le diabète de type
1 (T1DM). À ce jour, le succès mitigé de ce type de greffe est dû à plusieurs facteurs limitants
comme le manque de revascularisation, la perte de la matrice extracellulaire (ECM) et le rejet
par le système immunitaire du receveur. Dans les dernières années, l’utilisation de matrices
tridimensionnelles (3D) et de bioréacteurs a amélioré le processus de transplantation et
approfondi les connaissances sur le sujet. Le but de cette thèse est de mieux comprendre les
effets des paramètres physiologiques (flux, concentration en oxygène dissous (D.O.) et
pulsation) sur le tissu pancréatique dans un environnement 3D en utilisant un bioréacteur à
perfusion.
Le premier chapitre présente une revue de la littérature détaillant le pancréas, les maladies qui
lui sont associées ainsi que les techniques permettant son étude in vitro et in vivo. L’utilisation
de matrices 3D en recherche sur le diabète est discutée en profondeur tout en mettant
l’emphase sur l’incorporation de molécules de la ECM. La revue souligne comment des
matrices 3D testées en combinaison avec différents bioréacteurs ont permis de mieux
comprendre et améliorer la culture de cellules pancréatiques. Une brève conclusion met en
lumière les applications futures des bioréacteurs dans la recherche sur le diabète.
La première étude de cette thèse traite de la culture de cellules de rat provenant d’insulinome
(INS-1), encapsulées dans des matrices de fibrine en chambres de perfusion et cultivées dans
un bioréacteur à perfusion. Un essai in situ de sécrétion d’insuline stimulée par le glucose fut
développé pour comprendre les effets de la culture. Dans cette expérience, les effets
bénéfiques des conditions contrôlées en bioréacteur à perfusion ont été démontrés et ont
révélé une augmentation de l`indice de stimulation des cellules INS-1 avec le temps, une
amélioration de la fonction GRIP, en plus d’une incidence moins élevée d’apoptose cellulaire
en comparaison avec des témoins en culture statique, sans bioréacteur. Cette étude a été
publiée dans la revue Biotechnology Progress.
La deuxième étude décrit un design multifactoriel servant à l’identification des paramètres
affectant des pancréas de rat dissociés mécaniquement, cultivés dans un bioréacteur à
perfusion. Les effets uniques et combinés du flux, de la D.O. et de la pulsation ont été étudiés
sur la culture de tissu pancréatique. Les conditions bénéfiques pour la culture en bioréacteur
ont été identifiées. Le tissu pancréatique cultivé dans ces conditions bénéfiques a démontré
une sécrétion d’insuline stimulée par le glucose, une plus grande activité métabolique, une
coloration positive à l’insuline et au glucagon, des structures endothéliales multiples ainsi
qu’un tissu plus intact en comparaison avec des cultures statiques cultivées en mode statique.
Cette étude a été soumise à Biotechnology Progress. / Abstract : Transplantation of pancreatic islets offers a potential cure for type 1 diabetes mellitus (T1DM). To date, the success of such a graft has been mired by a number of limiting factors including lack of revascularisation, loss of native extracellular matrix (ECM), and graft rejection by the recipient’s immune system. In recent years, new ways to understand and improve this process have been explored using three-dimensional (3D) matrices and bioreactors. This thesis aims to further understand the important effect(s) physiological parameters (flow, dissolved oxygen concentration (D.O.) and pulsation) have on pancreatic tissue in a 3D environment using a perfusion bioreactor with defined geometries.
The first chapter introduces a review of the literature detailing the native pancreas, its diseases, and how it is studied in vivo and in vitro. The use of 3D matrices in diabetes research is discussed with particular emphasis on the incorporation of ECM molecules. The review then highlights how 3D matrices have been used in combination with a host of different bioreactors to understand and improve pancreatic cell cultures. A brief conclusion about the future applications for the use of bioreactors in diabetes research is also discussed.
The first experimental work comprises the culture of rat insulinoma cells (INS-1) encapsulated in fibrin matrices in perfusion chambers and cultured under perfusion bioreactor conditions. An in situ glucose-stimulated insulin secretion assay was then developed to monitor the culture over time. With this work, the beneficial effects of perfusion bioreactor conditions were shown and revealed increasing functionality (glucose-stimulated insulin secretion) of INS-1 cells over time, and a lower incidence of apoptosis when compared to static control cultures. This study was published in Biotechnology Progress.
The second experimental work used a factorial design to identify process parameters affecting whole mechanically-disrupted rat pancreata in a perfusion bioreactor. Here, the singular and combinational effects of flow, dissolved oxygen concentration and pulsation were assessed on the outcome of pancreatic tissue. Beneficial bioreactor conditions were identified. Mechanically-disrupted rat pancreata cultured under these beneficial bioreactor conditions showed glucose-stimulated insulin secretion, higher metabolic activity, insulin- and glucagon-positive staining, extensive endothelial structures, and overall intact tissue when compared to static cultures. This study has been submitted to Biotechnology Progress.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/10971 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Sharp, Jamie |
| Contributors | Vermette, Patrick |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Jamie Sharp |
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