Système microfluidique pour le contrôle et l'optimisation de l'encapsulation de cellules pour la thérapie du diabète

• Main Author: Authesserre, Claire
• Other Authors: Grenoble Alpes
• Language: fr
• Published: 2016
• Subjects: Microfluidique; Gouttes; Fluides complexes; Modélisation; Encapsulation; Diabète; Microfluidics; Droplets; Complex fluids; Modeling; Diabetes; 660; 616.042 2
• Online Access: http://www.theses.fr/2016GREAS017

La transplantation de microcapsules contenant des îlots de Langerhans, amas de cellules pancréatiques régulant la glycémie, montre des résultats prometteurs dans le traitement du diabète de type 1. A l’heure actuelle, il existe encore de nombreux challenges pour augmenter la durabilité d’une greffe fonctionnelle. Le manque de standardisation des technologies d’encapsulation actuelles a suscité un intérêt pour les technologies d’encapsulation microfluidique permettant d’apporter précision et automatisation. Cette thèse s’est attachée à faire progresser deux points de limitations actuelles de ces techniques : la productivité du système et l’état de surface des capsules obtenues.Dans la première partie, nous nous sommes concentrés sur la caractérisation d’un système microfluidique de génération de gouttes à focalisation d’écoulement (MFFD), contrôlé en pression. Des modèles analytiques et numériques ont été développés afin de déterminer les écoulements dans le système. Ensuite, la formation de gouttes a été caractérisée en fonction des paramètres d’entrée du système. Cette étude a abouti à l’obtention de lois permettant de prédire ces paramètres d’entrée afin d’optimiser la fréquence de production de microcapsules d’alginate.Dans la deuxième partie, nous avons développé un système microfluidique permettant de former des capsules de type cœur-couche, afin d’optimiser l’état de surface des capsules. Des premiers essais d’encapsulation d’îlots de Langerhans ont montré le potentiel de ce système dans la minimisation d’une réaction immunitaire vis-à-vis de ces capsules.Ce travail est un premier pas vers l’optimisation du système d’encapsulation, qui à terme, permettra de fournir aux cliniciens des capsules répondant à tous les critères exigés pour la transplantation. === Transplantation of microcapsules containing pancreatic islets, cell clusters regulating blood sugar, show promising results for type 1 diabetes therapy. However, many challenges remain to improve long-term graft functionality. The lack of standardization of current encapsulation technologies has aroused interest in microfluidic systems that enable more precision and automation.This thesis focuses on two of the current encapsulation technologies stakes: improving system productivity and microcapsules surface.In the first part of this thesis, we characterized a pressure-driven microfluidic flow focusing device (MFFD) droplet generation system. Analytical and numerical models were developed in order to determine and predict flow rates. Droplet formation was characterized as a function of the system input parameters. This study led to scaling laws enabling to predict these system input parameters in order to optimize alginate microcapsules production frequency.In the second part of this thesis, a microfluidic system enabling the production of core-shell microcapsules was developed. First experiments of pancreatic islets encapsulation have shown the ability of this system to minimize the immune reaction towards these capsules.This work is a first step towards encapsulation system optimization, which eventually, may provide capsules that meet all the capsule requirements for transplantation.