Chim - Sciences et Ingénierie de la Matière Molle-Physico

MASTER DE CHIMIE DE PARIS CENTRE - M2S2
Proposition de stage 2012-2013
Spécialité(s) de rattachement (préciser oui/non)
Chimie analytique, physique, et théorique :
Chimie moléculaire :
Chimie et physico-chimie des matériaux : oui
Ingénierie chimique :
Laboratoire d’accueil
Intitulé : Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (SIMM)
Adresse : ESPCI, 10 Rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05
Directeur (Nom, Prénom) : Fretigny Christian
Tél : 01 40 79 47 88
E-mail : [email protected]
Responsable du stage
Nom, Prénom : Hourdet Dominique / Marcellan Alba
Fonction : professeur UPMC
Tél : 01 40 79 46 43 (46 82)
E-mail : [email protected] ; [email protected]
Période de stage : Fin janvier à fin juin 2012
SYNTHESE ET CARACTERISATION D’HYDROGELS BIOCOMPATIBLES
POUR LA CULTURE DE CELLULES MUSCULAIRES
Projet scientifique
1. Présentation et description du sujet
La plupart des maladies neuromusculaires s’accompagnent d’un défaut contractile, d’une diminution
des capacités d’adaptation de la cellule musculaire en réponse à un stress mécanique et/ou de
l’activation de voies de signalisation intracellulaires. Des défauts de l’interaction entre la cellule et la
matrice extracellulaire (MEC), appelés défauts de mécano-transduction sont souvent impliqués mais
restent mal connus.
Le remodelage de la MEC, présent dans les pathologies neuromusculaires induit des modifications de
ses propriétés viscoélastiques. Ces modifications joueraient un rôle capital dans le défaut de
régénération musculaire des maladies musculaires, en modulant des phénomènes essentiels tels que
la quiescence, la migration, la division, la mort, l’auto-renouvellement et la différenciation. Cependant,
si les conséquences de variations de rigidité du substrat semblent relativement bien établies sur des
cultures 2D monocouches, l’influence de la dimensionnalité 3D n’a jamais été étudiée. Le
développement d’outils innovants d’ingénierie tissulaire, à l’interface de la biologie et de la physicochimie est essentiel pour comprendre le rôle du micro-environnement 3D sur la structure,
l’organisation et le devenir des cellules musculaires.
Dans le cadre d’un projet Convergence-UPMC dédié à la compréhension des processus de mécanotransduction en ingénierie tissulaire, nous nous proposons de développer une MEC biomimétique aux
propriétés viscoélastiques contrôlées afin de comprendre l’effet de modifications physico-chimiques
de la MEC sur des cellules musculaires normales et pathologiques. Dans ce travail interdisciplinaire
qui associe le laboratoire de Thérapie des Maladies du Muscle Strié (TMMS ; CHU Pitié-Salpétrière)
et le laboratoire des Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (SIMM-ESPCI), l’objectif est de mener
en étroite collaboration 2 projets de master, l’un en biologie cellulaire et biochimie et l’autre en
physico-chimie des matériaux.
2. Méthodologie
Comme il est représenté schématiquement sur la Figure 1, notre objectif est de partir d’une matrice
macromoléculaire en incrémentant différents paramètres structuraux prenant en compte 1) des points
de réticulation covalents nécessaires à la stabilité dimensionnelle du matériau, 2) des interactions
secondaires réversibles entre groupements portés par la matrice afin de contrôler les mécanismes de
viscoélasticité et 3) des motifs de reconnaissance spécifiques capables de promouvoir l’adhésion des
cellules musculaires ainsi que leur prolifération et leur différentiation.
Figure 1
Représentation schématique de l’architecture
macromoléculaire proposée pour l’élaboration
d’une matrice extracellulaire bio-mimétique.
A la matrice formée de chaînes polymères
enchevêtrées viennent se superposer :
des points de jonction covalents,
 des points de jonction temporaires, induits par
des interactions réversibles entre les chaînes
macromoléculaires,
des groupements spécifiques favorisant les
interactions avec la cellule
La partie « Matériaux » de ce projet comprend 1) la synthèse d’hydrogels par copolymérisation
radicalaire et/ou modification chimique de chaînes macromoléculaires, 2) leur analyse structurale
(composition chimique) et 3) leur caractérisation thermodynamique et mécanique.
Comme évoqué précédemment ce travail s’effectuera en étroite collaboration avec le laboratoire
TMMS qui étudiera de son coté les implications biologiques des hydrogels synthétisés.
3. Résultats attendus
1*/ Développement de matrices 3D biocompatibles avec un bon contrôle des relations
structure/propriétés.
2*/ Caractérisation des propriétés viscoélastiques des réseaux dans les conditions physiologiques.
Ces analyses seront réalisées sur des matrices polymères non ensemencées afin de caractériser la
matrice de référence et de s’assurer de la reproductibilité des méthodes de préparation.
3/ Culture des cellules musculaires au sein de ces matrices et caractérisation physiologique au cours
du temps : adhésion, survie cellulaire, prolifération, différenciation.
4*/ Analyse des propriétés mécaniques des matrices ensemencées au cours du développement
cellulaire.
5/ Mise en évidence et interprétation des processus impliqués dans la mécano-transduction du
muscle strié : analyse de la réponse biologique.
*Les points 1, 2 et 4 constituent le projet de M2 en physico-chimie des matériaux.
4. Références
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Klumpp D. et al., Journal of Cellular and Molecular Medicine 2010, 14, 2622-2629.
Lutolf M.P. et al., Nat. Biotechnol. 2005, 23, 47-55.
Mamchaoui K. et al., Skelet Muscle 2011, 1, 1-10.
Schussler O. et al., Nat. Clin. Pract. Cardiovasc. Med. 2009, 6, 240-249.