Theses Year : 2024

In situ study of the dynamic transfer of encapsulated active molecules : application to the passage of a model barrier

Étude in situ du transfert dynamique de molécules actives encapsulées : application au passage à travers une barrière modèle

Abstract

The main objective of this thesis is the development of a model barrier to serve as a platform to study the in-situ dynamic transfer of encapsulated active molecules. The membrane was modeled after basal membranes found in-vivo, for this reason a Gelatin Methacryloyl (GelMA) hydrogel, a hydrogel prepared by the chemical modification of gelatin, with tunable mechanical and physical properties was investigated in the first part with the experimental design method. In the second part, two GelMA with precisely known mechanical and physical properties were synthesized and nanoliposomes, a lipid-based nanoparticle that can transport and release hydrophobic, hydrophilic, and amphiphilic molecules, were flowed in a microfluidic device and nanoliposomes diffusion through GelMA was studied to simulate the diffusion through a physiological membrane. And in the final part of this work multiple collaboration were presented. First a protein showing rejuvenation effect on the brain, GDF-11 was encapsulated in nanoliposomes and flowed through a blood brain barrier organ-on-a-chip model. Then a neuroblastoma cell line, SH SY-5Y was cultured in the microfluidic hip, and nanoliposomes diffusion through the cell layer was studied. Finally, a layer of intestinal epithelial cells from rat small intestine were cultured on GelMA, optimal topology for cell culture was investigated and cell layer resistance to shear stress induced by flow was examined. This thesis is a promising first approach to the development of biological barrier models that consider the extracellular environment in addition to cellular barriers to study the in-situ dynamic transfer of encapsulated active molecules.
L'objectif principal de cette thèse est le développement d'une barrière modèle servant de plateforme pour étudier in situ le transfert dynamique de molécules actives encapsulées. La membrane a été modélisée d'après les membranes basales trouvées in vivo. Pour cette raison, un hydrogel de gélatine méthacryloyle (GelMA), un hydrogel préparé par modification chimique de la gélatine, avec des propriétés mécaniques et physiques modulables a été étudié dans la première partie à l'aide de la méthode de conception expérimentale. Dans la deuxième partie, deux GelMA aux propriétés mécaniques et physiques précisément connues ont été synthétisés et des nanoliposomes, une nanoparticule à base de lipides pouvant transporter et libérer des molécules hydrophobes, hydrophiles et amphiphiles, ont été injectés dans un dispositif microfluidique et leur diffusion à travers le GelMA a été étudiée pour simuler la diffusion à travers une membrane physiologique. Dans la dernière partie de ce travail, plusieurs collaborations ont été présentées. Tout d'abord, une protéine montrant un effet de rajeunissement sur le cerveau, GDF-11, a été encapsulée dans des nanoliposomes et injectée à travers une barrière hémato-encéphalique sur une puce. Ensuite, une lignée cellulaire de neuroblastome, SH SY-5Y, a été cultivée dans la puce microfluidique et la diffusion des nanoliposomes à travers la couche cellulaire a été étudiée. Enfin, une couche de cellules épithéliales intestinales provenant de l'intestin grêle de rat a été cultivée sur du GelMA et la topologie optimale pour la culture cellulaire a été investiguée, ainsi que la résistance de la couche cellulaire au stress de cisaillement induit par le flux. Cette thèse est une première approche prometteuse pour le développement de modèles de barrières biologiques qui prennent en compte l'environnement extracellulaire en plus des barrières cellulaires.
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Dates and versions

tel-04901098 , version 1 (20-01-2025)

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  • HAL Id : tel-04901098 , version 1

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Cite

Corentin Peyret. In situ study of the dynamic transfer of encapsulated active molecules : application to the passage of a model barrier. Biotechnology. Université de Lorraine, 2024. English. ⟨NNT : 2024LORR0123⟩. ⟨tel-04901098⟩
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