Étude du comportement de cellules endothéliales de l’aorte cultivées sur des fibres électrofilées de PET sous conditions physiologiques de cisaillement

RESUME Depuis pres de 50 ans, des techniques de genie tissulaire ont ete developpees afin de creer des alternatives efficaces au traitement de l’atherosclerose. Aussi, ces dernieres annees, les structures hybrides faites de biopolymeres et de cellules ont particulierement attire l'attention de la communaute pour leur capacite a mimer la realite biologique des vaisseaux sanguins. Une variete de polymeres synthetiques et naturels ont ete deja utilises pour creer des greffons biocompatibles et biostables, permettant la croissance cellulaire. Les pratiques de culture cellulaire in vitro courantes ont pu etre adaptees a la realite d'une croissance sur biomateriaux, avec l’objectif de preserver et de maintenir la viabilite ainsi que le phenotype des cellules en contact avec ces biomateriaux. Cependant, la reponse immunitaire engendree par l'introduction de ces biomateriaux, le manque de croissance d’un endothelium viable sur les structures synthetiques, et l’absence de proprietes mecaniques adequates des materiaux, limitent le temps de vie des greffons vasculaires apres la transplantation. De plus, des problemes de thrombogenicite et d’adaptation elastique sont encore observes lors de remplacements vasculaires de petit diametre, ce qui menant a un echec eventuel des greffons. La presente etude est donc basee sur l’utilisation de structures polymeriques non-tissees, au diametre de fibres nanometrique, dont on suggere qu’elles pourraient ameliorer la croissance et l’adherence des cellules sous des conditions statiques et dynamiques. Ainsi, une nouvelle structure nanometrique non-tissee de polyethylene terephtalate (PET) fabriquee par la technique d’electrofilage et recemment mise au point par le groupe de recherche, a ete utilisee pour supporter la formation in vitro d'un endothelium par culture de cellules endotheliales de l’aorte d'origine humaine (HAoEC). L’objectif de ce projet de maitrise a consiste en la caracterisation de l'adherence cellulaire sous conditions de stress hydrodynamiques. La reponse morphologique des cellules a ete caracterisee par l'observation de l’evolution du cytosquelette et des liaisons intercellulaires, sous des conditions de cisaillement physiologique. Des essais en conditions dynamiques ont ete effectues en chambre de culture permettant l'imposition d'un flux laminaire, par alimentation d'un milieu de culture oxygene. Les tests ont ete classifies en deux groupes : « court terme », pour une duree de 20 min, et « long terme » sur des durees de 6 et 12 h. La distribution des filaments d’actine et les liaisons entre les cellules, evaluee selon le niveau----------ABSTRACT For around 50 years, tissue engineering techniques have been explored to create new alternatives for the treatment of atherosclerosis. In the past years, hybrid structures made of polymers and cells have attracted most of the community’s attention for its expected capacity to mimic the biological context of blood vessels. A variety of synthetic and natural polymers have been used to create biostable scaffolds that allow cell growth. Standard cell culture techniques and protocols have been adapted, with the objective to preserve and maintain the viability and phenotype of the cells, when cultured on these polymeric structures in vitro. However, the response of the immune system to invasive devices, the absence of a healthy grown endothelium and the lack of adequate mechanical properties of the materials limited the the long term success of the grafts. Trombogenicity and compliance mismatch are still two common unsolved problems following the transplant of small diameter vascular replacements, normally leading to imminent graft failure. The present master's study started from the statement that non-woven structures, with fiber diameter at the nano-scale size, might enhance cell growth and adherence under both static and dynamic conditions. Therefore, a novel non-woven nano-PET structure, obtained by electrospinning, was used to grow HAoEC and cell response was characterized under shear stress conditions. The objective was to characterize the effects of submitting adhered cells to a physiological shear stress for different periods of time on cell adherence, as well as the cell cytoskeleton and junctions between cells. A parallel plate flow chamber was used and modified in order to cope with specific constraints of using a mat. Assays were classified in two groups: short (20 min) and long-term (6 and 12 h), monitoring cell adherence as well as the distribution of actin filaments and the expression of VE-cadherin. Results showed that short-term exposures did not affect cell adherence (~100%), maintaining a uniform endothelium, even under the exposure of extreme conditions of shear stress (26 dyn cm-2). On the other hand, long–term exposure times resulted in the disruption of the endothelium, with 35% of cell detaching after 6 h and 70% after 12 h. However, the observations over time showed that cells tried to adapt to the abrupt change in shear stress, adopting different morphologies and shapes, and creating strong bonds between them.