Mécano-sensibilité cellulaire multi-échelle dans des échafaudages biomimétiques du tissu pulmonaire // multiscaled cell sensitivity to mechanical cues in lung-mimicking artificial scaffolds

Topic description

Les cellules évoluent dans des matrices protéiques aux propriétés physico-chimiques variées (2D/3D, rigidité, rugosité, hydrophobie), influençant fortement leur comportement (différenciation, invasivité). Isoler l'impact de chaque paramètre reste un défi. Au LTM, nous concevons des architectures imitant la matrice extracellulaire par lithographie biphotonique, qui nous permet de découpler ces facteurs physiques (géométrie, rigidité, forces externes) et étudier leur effet individuel sur le comportement de cellules, notamment dans le contexte du tissu pulmonaire et de la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI).
La FPI, maladie pulmonaire létale touchant 50/ personnes, se caractérise par un dépôt excessif de matrice extracellulaire et une rigidification du tissu pulmonaire. Les modèles animaux actuels ne reproduisent pas fidèlement la pathologie humaine. Ce projet vise à concevoir des échafaudages 3D biomimétiques reproduisant l'architecture de ce tissu et les propriétés mécaniques multi-échelles du poumon (de quelques kPa à plusieurs MPa), intégrant des déformations cycliques mimant la respiration. L'objectif est alors d'étudier la sensibilité de fibroblastes pulmonaires humains aux différents stimuli mécaniques, rigidité multi-échelle et contraintes de déformation, suspectés de participer à la rigidification tissulaire via une boucle de rétroaction positive entre la sécretion matricielle accrue et la rigidification du tissu.
La fabrication de telles architectures nécessitera le développement de stratégies de lithographie biphotonique utilisant des résines élastomères pour contrôler indépendamment la géométrie et la rigidité des échafaudages. Ces résines seront chargées de nanoparticules magnétiques, dont il est attendu qu'elles impactent la photo-réaction. Un modèle lithographique compact, synthétisant l'impact des nanoparticules sur la photopolymérisation et les propriétés mécaniques résultantes, sera implémenté et fournira une base de données permettant d'anticiper les designs d'impression. L'application d'un champ magnétique externe permettra d'appliquer des déformations cycliques via un champ magnétique externe.
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Cells evolve within protein matrices exhibiting diverse physico-chemical properties (2D/3D environments, stiffness, roughness, hydrophobicity), which strongly influence their behavior, including differentiation and invasiveness. Isolating the individual impact of each parameter remains a challenge. At LTM, we design architectures mimicking the extracellular matrix using two-photon lithography, enabling us to decouple these physical factors—such as geometry, rigidity, and external forces—and study their individual effects on cell behavior, particularly in the context of lung tissue and idiopathic pulmonary fibrosis (IPF).
IPF is a lethal lung disease affecting 50 per, individuals, characterized by excessive extracellular matrix deposition and progressive stiffening of lung tissue. Current animal models fail to accurately replicate human pathology. This project aims to develop biomimetic 3D scaffolds that reproduce the architecture and multi-scale mechanical properties of lung tissue (ranging from a few kPa to several MPa), incorporating cyclic deformations to mimic breathing. The goal is to investigate the sensitivity of human lung fibroblasts to various mechanical stimuli—multi-scale stiffness and strain constraints—suspected of contributing to tissue stiffening through a positive feedback loop between increased matrix secretion and tissue stiffnening.
Fabricating such architectures will require developing two-photon lithography strategies using elastomeric resins to independently control scaffold geometry and stiffness. These resins will be loaded with magnetic nanoparticles, which are expected to impact the photoreaction. A compact lithographic model, synthesizing the effect of nanoparticles on photopolymerization and the resulting mechanical properties, will be implemented and used to create a database for anticipating print designs. The application of an external magnetic field will enable the induction of cyclic deformations.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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Concours pour un contrat doctoral