Fabrication de substituts de valves cardiaques par génie tissulaire avec la méthode par auto-assemblage sur gabarits tridimensionnels usinés

Abstract

Alors que 1 % des patients pédiatriques souffrent de malformations cardiaques, les substituts valvulaires présentement disponibles sur le marché leur sont imparfaits : taille inadéquate, absence de croissance, etc. L’hypothèse est qu’il est possible de fabriquer par génie tissulaire, via la méthode par auto-assemblage, des substituts valvulaires adaptés aux besoins pédiatriques spécifiques. Ce projet de maîtrise, visant à améliorer la méthode de fabrication, s’inscrit à la suite de travaux précédents de notre groupe de recherche, qui avaient conduit à la mise au point de deux techniques de production. L’approche préconisée consiste à ensemencer directement des fibroblastes dermiques sur la surface de gabarits de polycarbonate, traités au plasma pour favoriser leur adhésion, suivi d’une maturation dans un milieu de culture sans sérum, puis d’une phase de contraction jusqu’aux dimensions prédéterminées, permettant aux rebords des feuillets une bonne coaptation. Pour ce faire, quatre expériences préliminaires ont d’abord été conduites afin de jeter les bases de la culture sur gabarits 3D usinés. Ces dernières ont permis d’obtenir des feuillets cellulaires manipulables sur des gabarits à géométrie simplifiée, d’améliorer leurs propriétés mécaniques selon le fini de la surface usinée et avec un milieu de culture sans sérum, de réduire leur pourcentage de contraction et d’optimiser le traitement plasma. Les essais de fabrication des substituts valvulaires ont par la suite permis de faire progresser la technique, mais n’ont pas produit les résultats escomptés. Ainsi, des optimisations restent à apporter afin que la méthode soit un succès. En effet, l’hypothèse principale quant à ces insuccès est liée à une surface d’échanges gazeux insuffisante entraînant potentiellement une hypoxie cellulaire et une acidification du milieu de culture secondairement au dioxyde de carbone. En regard des expériences préliminaires prometteuses, de futurs essais tenant compte des recommandations présentées dans ce mémoire pourraient toutefois mener à la fabrication de substituts valvulaires adaptées aux patients pédiatriques

While 1% of children are born with a cardiac defect, valve prostheses actually available on the market do not meet their needs: oversized, non-growing, etc. The hypothesis is that it is possible to fabricate a tissue-engineered heart valve prosthesis (TEHV) with the self-assembly method adapted to the paediatric specific needs. This master level project, with the objective of improving the fabrication method, follows the work of our research group, which led to two different valve prosthesis fabrication techniques. The chosen approach consists in seeding dermal fibroblasts directly on the surface of plasma treated polycarbonate templates to ensure cell adherence, followed by maturation in a serum-free cell culture media (SFM) and a contraction phase to predetermined dimensions, allowing for a good coaptation of the leaflets. To reach this goal, four preliminary experiments were first conducted to set the ground for cell culture on 3D machined templates. They led to manipulable cell sheets on templates with a simple geometry, to increased mechanical properties due to the machined surface characteristics and the SFM, to a reduced contraction percentage and to the optimization of the plasma treatment. Subsequently, valve prosthesis fabrication assays allowed the method to progress further but did not end with the expected results. Therefore, optimizations are still required to make the method succeed. Indeed, the main hypothesis for this failure is a too small gas exchange area potentially leading to cell hypoxia and culture medium acidification secondary to carbon dioxide. Following the promising preliminary experiments, future trials considering the recommendations made in this thesis could lead to the successful fabrication of TEHV adapted to the paediatric patients.