Le tissu adipeux blanc est l’un des tissus les plus abondants du corps humain et il constitue sa plus grande réserve énergétique. Il est également reconnu en tant qu’organe sécrétoire et endocrine pouvant agir à distance et influencer plusieurs processus biologiques en plus d’être une source de cellules stromales/souches mésenchymateuses multipotentes. De nombreux patients souffrent de déficits en tissus adipeux à la suite d’une résection de tumeur, d’un accident, de brûlures graves, de maladies congénitales, etc. Le génie tissulaire représente une alternative prometteuse aux approches traditionnelles pour répondre à la forte demande en substituts adipeux et combler les déficits en chirurgie de reconstruction. Afin de déterminer la performance in vivo de substituts adipeux reconstruits par génie tissulaire et d’optimiser les études précliniques, il est crucial de développer des méthodes d’imagerie biomédicale permettant la délinéation des greffons ainsi que l’analyse de leur volume et de leur perfusion. Pour ce faire, des tissus adipeux humains reconstruits (hrATs, Human reconstructed adipose tissues) possédant des adipocytes matures et fonctionnels ainsi qu’une matrice extracellulaire naturelle ont été produits par la technique d’auto-assemblage à partir de cellules stromales/souches du tissu adipeux, puis ont été implantés chez la souris athymique. Nous avons émis l’hypothèse que l’imagerie par résonance magnétique (IRM) permettrait une analyse améliorée de la performance in vivo de hrATs en favorisant le suivi non invasif et longitudinal du volume et de la perfusion sanguine des greffons après l’implantation. En effet, l’IRM en pondération T1 a permis la délinéation des greffons et la détermination de leur volume. Le maintien du volume a été évalué jusqu’à six semaines après l’implantation, révélant une résorption graduelle atteignant 44 % du volume initial. Puis, leur perfusion a été confirmée après 14 et 21 jours. La persistance d’une grande quantité d’adipocytes et d’une riche matrice extracellulaire a également été confirmée. Ces travaux décrivent, pour la première fois, les paramètres optimaux d’IRM pour visualiser de façon efficace des substituts adipeux humains reconstruits par génie tissulaire et implantés in vivo. De plus, assurer la vascularisation rapide de substituts reconstruits par génie tissulaire lors d’une greffe permettrait de favoriser leur survie. Nous avons alors émis l’hypothèse que l’incorporation d’une composante endothéliale aux hrATs serait avantageuse pour les tissus et leur vascularisation globale. Trois jours après l’implantation chez la souris athymique, un réseau étendu de capillaires humains a été observé à l’intérieur des greffons enrichis de cellules endothéliales, puis l’anastomose de ce réseau avec celui de l’hôte a été détectée. Le réseau humain a persisté au moins 14 jours après la greffe en plus de contenir des globules rouges. L’analyse de la vascularisation globale des greffons indique un avantage potentiel de l’ajout d’une composante endothéliale. L’évaluation de l’impact de cette approche sur la vascularisation de tissus plus épais permettra le développement et l’utilisation de substituts volumineux pour combler les déficits adipeux en chirurgie de reconstruction. Enfin, l’inflammation peut être présente à la suite d’une greffe tissulaire. Il est donc important d’étudier ses impacts sur les tissus reconstruits et leurs diverses composantes. Nous avons utilisé le modèle de hrATs contenant des cellules endothéliales organisées en un réseau préformé afin de déterminer l’impact d’un environnement inflammatoire sur le réseau de capillaires dans un contexte adipeux tridimensionnel. Notre hypothèse est que la présence prolongée d’un microenvironnement inflammatoire modélisé in vitro, par l’incubation de hrATs avec le facteur de nécrose tumorale (TNF) et l’interleukine-1β (IL- 1β), modulerait leur profil de sécrétion et aurait une influence néfaste sur leur réseau de capillaires. L’analyse des milieux conditionnés a confirmé la réactivité des tissus. Une désorganisation caractérisée par une diminution de l’étendue et de la complexité du réseau a été observée après une exposition chronique de trois et six jours en présence de TNF et d’IL-1β et serait attribuable entre autres à l’apoptose. Le modèle de hrATs permettra d’élaborer des stratégies visant la préservation de l’intégrité du réseau de capillaires et de développer des substituts adipeux bien adaptés pour faire face à des conditions inflammatoires in vivo. En résumé, ces données contribuent à l’avancement du génie tissulaire adipeux grâce à l’optimisation de l’IRM pour les greffons adipeux reconstruits, mais également par le développement de hrATs possédant une performance in vivo avantageuse en plus de constituer des modèles d’études in vitro tridimensionnels pertinents. / White adipose tissue is one of the most abundant tissues of the human body and it represents its largest energy storage depot. It is also known as a secretory and endocrine organ acting remotely to influence many biological processes in addition to being a source of multipotent stromal/stem cells. Many patients suffer from adipose tissue deficits resulting from tumor resection, accidents, deep burns, congenital anomalies, etc. Tissue engineering represents a promising alternative to traditional approaches to answer the strong demand in adipose substitutes to counteract tissue loss using reconstructive surgery. In order to determine the in vivo performance of adipose tissue substitutes produced by tissue engineering and to maximize preclinical studies, it is crucial to develop biomedical imaging methodologies allowing graft delineation as well as volume and perfusion analyses. Therefore, human reconstructed adipose tissues (hrATs) containing mature functional adipocytes in addition to a natural extracellular matrix were produced according to the self-assembly approach of tissue engineering from adipose-derived stromal/stem cells and were next implanted into athymic mice. We hypothesized that magnetic resonance imaging (MRI) would allow an improved analysis of the in vivo performance of hrATs by promoting the non-invasive and longitudinal follow-up of graft volume and blood perfusion after implantation. Indeed, T1-weighted MRI allowed graft delineation and determination of their volume. Volume retention was evaluated up to six weeks after implantation, revealing a gradual resorption averaging at 44 % of initial substitute’s volume. Blood perfusion was confirmed 14 and 21 days after grafting. The persistence of numerous adipocytes within a rich extracellular matrix was also confirmed. This study described, for the first time, the optimal parameters necessary to achieve efficient MRI visualization of grafted tissue-engineered adipose substitutes. Ensuring a timely perfusion of engineered grafts is important to favor their survival. We hypothesized that the incorporation of an endothelial component into hrATs would be advantageous for the tissues and their global vascularization. Three days after the implantation into nude mice, an extended human capillary network connecting with the host network by anastomosis was detected within the grafts containing an endothelial component. The human capillary network persisted at least 14 days and murine red blood cells were detected within human structures. The global vascularization analysis also unveiled a tendency towards a beneficial impact of the endothelial component. Assessing the impact of this approach on the vascularization of thicker tissues will prove useful for the development of voluminous substitutes to counteract adipose defects in reconstructive surgery. Lastly, inflammation developing upon tissue grafting can have detrimental effects on engineered tissues. It is therefore important to study its impact on reconstructed tissues and their components. We used the hrAT model containing a preformed capillary network to study the impact of an inflammatory microenvironment on the capillary network within a three-dimensional adipose context. We hypothesized that a prolonged inflammatory context, created in vitro with tumor necrosis factor (TNF) and interleukin-1β (IL-1β), would impact hrAT’s secretory profile and mediate detrimental effects on the microvascular network. Analysis of conditioned media established tissue responsiveness. A disorganization of the capillary network was observed after a chronic exposure of three and six days to TNF and IL-1β and was characterized by a decrease of its extent and complexity. This disorganization was in part due to apoptosis. The hrAT model will allow the elaboration of strategies aiming at preserving the capillary network and the development of adipose tissue substitutes better suited to face inflammatory conditions in vivo. Overall, this work contributes to the advancement of the field of adipose tissue engineering through the optimization of MRI parameters for the follow-up of engineered adipose grafts but also through the development of hrATs that possess an advantageous in vivo performance in addition to being relevant three-dimensional in vitro models.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/38292 |
| Date | 13 March 2020 |
| Creators | Proulx, Maryse |
| Contributors | Fradette, Julie |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiii, 240 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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