Cellules souches hématopoïétiques, Erythropoïèse, Erythrocytes, Immortalisation, Plan d'expérience, Culture cellulaire en 3D, Alginate, Encapsulation

Les globules rouges sont les cellules responsables du transport du dioxygène au sein du corps humain. Dans certaines pathologies, ou en cas d'hémorragies graves, il peut être nécessaire de combler les pertes de globules rouges au sein de l'organisme par une transfusion. Pour assurer la sécurité des patients receveurs de transfusion, il est essentiel de mettre au point et d'utiliser des tests fiables pour identifier avec précision les phénotypes respectifs des donneurs et receveurs de culots globulaires. Or, cela nécessite d'avoir des panels contrôles de globules rouges natifs. Actuellement, ces panels sont issus du don du sang, mais leur utilisation pose deux problèmes. Le premier est que les panels sont constitués de globules rouges aux phénotypes spécifiques, les culots globulaires correspondants sont donc rares. Le second réside dans la forte variabilité des culots globulaires, inhérente aux produits biologiques natifs, qui impacte la qualité des tests produits. Afin de pouvoir disposer de globules rouges standardisés aux phénotypes spécifiques, la principale stratégie envisagée actuellement est la production de globules rouges ex vivo. Ceci implique d'avoir une source cellulaire stable, robuste, éthique et auto-renouvelable, ainsi qu'un protocole de différenciation. Après de premiers essais avec des cellules souches hématopoïétiques, puis des cellules souches pluripotentes induites, l'ensemble des équipes travaillant sur la production ex vivo de globules rouges s'est orienté vers la génération de progéniteurs érythroïdes immortalisés. Mon projet de thèse s'inscrit dans cette démarche. Il est composé de deux axes. Le premier est la caractérisation de deux lignées de progéniteurs érythroïdes immortalisés mises au point au sein de l'équipe de recherche m'ayant accueillie. Une fois ces lignées caractérisées, la deuxième et principale partie de mon projet de thèse a porté sur la mise au point d'un protocole de différenciation. Pour cela, nous avons utilisé deux approches différentes. La première étant de travailler sur la composition du milieu de différenciation : après une étude extensive de la littérature portant sur les voies de signalisation de l'érythropoïèse, afin d'identifier une série de molécules aidant à la différenciation, nous avons testé leur action ex vivo avec une méthode statistique appelée plan d'expérience. La seconde approche a été d'implémenter une composante tri-dimensionnelle aux conditions de culture de nos lignées immortalisées. En effet, l'érythropoïèse dans le corps humain a lieu au sein de la niche hématopoïétique, dans la moelle osseuse. Cet environnement diffère géométriquement et fonctionnellement d'une culture cellulaire ex vivo classique. Afin d'optimiser la différenciation, nous avons donc tenté de reproduire des conditions de culture cellulaire géométriquement plus similaires à la niche hématopoïétique. Nous avons donc travaillé à la mise au point d'un modèle de culture cellulaire en 3D, basé sur l'utilisation d'un hydrogel à base d'alginate, un polymère biocompatible extrait d'algues brunes. Cet hydrogel est coextrudé avec une suspension cellulaire afin de former des capsules sphériques à cœur liquide, contenant les cellules. Au sein de ces capsules, les cellules s'autoassemblent en sphéroïdes. Ce modèle, en plus de mimer les conditions géométriques in vivo, permet d'envisager l'industrialisation du procédé car les capsules protègent les cellules des forces de cisaillement induites par la culture en bioréacteur. Mon travail de thèse a permis de poser les bases d'une production extensive de globules rouges de culture à partir de progéniteurs immortalisés, ce qui ouvre le champ des possibles pour une production de contrôles pour le typage des groupes sanguins à court terme mais aussi à moyen terme une possibilité de générer des globules rouges à façon pour les patients allo-immunisés.