Development of an optimized perfused-continuous process of culture of human umbilical cord mesenchymal stem cells (hMSC) grown on innovative adhesion supports - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2020

Development of an optimized perfused-continuous process of culture of human umbilical cord mesenchymal stem cells (hMSC) grown on innovative adhesion supports

Développement d’un procédé perfusé continu optimisé de culture de cellules souches mésenchymateuses (CSMh) de cordons ombilicaux cultivées sur des supports d’adhérence innovants

Abstract

Mesenchymal stem cells (MSCs) show great interest in cellular therapies. Their various characteristics such as their immuno-modulatory properties, their ability to differentiate, and also the secretion of factors, are numerous and promising for new clinical treatments for diseases where few therapies are proposed or have few efficiencies. The doses to be injected for significant results must be repeated and generally contain high quantities of cells (106 cells kg-1 per patient approx). Large scale production methods must be implemented to meet the demand, and in the least costly way possible. In this PhD work, the main objective was to develop a scalable process adapted to these support-dependent cells. For this end, a first study allowed to understand part of the mechanisms of interaction of cells with their growth supports, the microcarriers. The adhesion time but also the cell migrations between microcarriers were characterized and evaluated. A strategy of fed-batch mode strategy with microcarriers addition at specific times in the culture was also proposed. Following this, the second part of the study of this work was to determine the efficiency on larger scale expansion process (1.5 L), using of innovative microcarriers developed by the partner teams of the ‘ImprovesStem’ European project. Several microcarriers candidates with chemically modified surface proved to be promising for the expansion of Wharton’s jelly stem cells. Finally, in the last part of the thesis, an innovative process based on the removal of empty microcarriers, avoiding the risk of deleterious frictions between highly concentrated microcarriers was proposed. Moreover, an on-line monitoring of viable cell concentration was carried-out in the stirred tank bioreactor. Innovative commercial microcarriers, soluble under the action of enzymes, were used in this last part of the study. An improvement of the expansion factor (by a factor of 1.5) was obtained in this continuous-perfused mode of culture in the stirred bioreactor. In addition, these enzymatically-soluble commercial microcarriers allowed for an excellent detachment yield, essential to consider their use in cell therapy.
Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) ont un fort intérêt en utilisation clinique. Leurs différentes caractéristiques telles que leurs propriétés immuno-modulatrices, leur capacité à se différencier, et aussi la sécrétion de facteurs, sont nombreuses et prometteuses pour le traitement clinique de maladies où peu de thérapies sont proposées ou sont peu efficaces. Cependant, les doses à injecter pour des résultats cliniques significatifs doivent être répétées et contiennent généralement des quantités importantes de cellules (106 cellules kg-1 par patient). Ainsi, des méthodes de production à grande échelle doivent être mises en œuvre pour répondre à la demande, tout en minimisant les coûts de production. Dans ce travail de thèse, une première étude a permis de comprendre une partie des mécanismes d’interaction des cellules avec leurs supports de croissance, les microporteurs. Le temps d’adhérence et des migrations cellulaires entre microporteurs ont pu être mesurés et étudiés. Une stratégie d’ajout de microporteurs à des temps spécifiques de la culture a été proposée. Suite à cela, la deuxième partie d’étude de ces travaux a été de déterminer les performances d’expansion du procédé réalisé à plus grande échelle (1.5 L), en utilisant des microporteurs innovants développés par les équipes partenaires du projet européen, et présentant des chimies de surfaces variées. Plusieurs microporteurs candidats se sont révélés prometteurs pour l’expansion des cellules souches de la gelée de Wharton. Enfin, la dernière partie de la thèse a été consacrée au développement d’un procédé innovant reposant sur le soutirage de microporteurs vides, diminuant le risque de frictions délétères entre des microporteurs très concentrés, a été proposé. De plus, un contrôle en ligne de la concentration en cellules vivantes a été effectué dans le bioréacteur à cuve agitée. Des microporteurs commerciaux innovants, solubles sous l’action d’enzymes, ont été utilisés dans cette dernière partie. Une amélioration du facteur d’expansion (d’un facteur 1.5) a été obtenue par l’utilisation de ce mode continu et perfusé en bioréacteur. De plus, ces microporteurs, solubles sous l’action d’enzymes, ont permis un excellent rendement de détachement cellulaire, élément essentiel pour envisager l'utilisation des CSMs en thérapie cellulaire à un coût contrôlé.
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tel-03001312 , version 1 (02-12-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03001312 , version 1

Cite

Caroline Sion. Development of an optimized perfused-continuous process of culture of human umbilical cord mesenchymal stem cells (hMSC) grown on innovative adhesion supports. Biotechnology. Université de Lorraine, 2020. English. ⟨NNT : 2020LORR0113⟩. ⟨tel-03001312⟩
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