Thèse Films d'Hydrogels Intelligents et Bio-Inspirés pour le Contrôle de l'Adhésion Cellulaire H/F - 75

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)
École doctorale : Physique et Chimie des Matériaux
Laboratoire de recherche : Sciences et Ingénierie de la Matière Molle
Direction de la thèse : Yvette TRAN
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59Le projet de thèse vise à développer de nouveaux substrats à base d'hydrogels pour contrôler l'adhésion cellulaire. L'objectif est d'exploiter la plateforme d'hydrogels microstructurés développée au laboratoire SIMM afin de concevoir de nouveaux substrats pour la culture cellulaire, selon deux axes principaux :

- Le premier concerne le développement de substrats à base d'hydrogels avec des épaisseurs, rigidité et charges de surface contrôlées. L'objectif principal est de comprendre l'influence de ces paramètres et de leurs interconnections sur l'adhésion cellulaire.

- Le second axe de recherche porte sur la création de substrats présentant des gradients de ligands d'adhésion (par exemple, le peptide RGD) à leur surface. Ce type de substrat est particulièrement utile pour étudier les phénomènes de migration cellulaire.

Les cellules vivantes interagissent en permanence avec leur environnement. Elles détectent de manière dynamique les changements dans leur environnement et adaptent leur comportement en conséquence (adhésion, migration, différenciation, etc.). Ces interactions sont fondamentales car elles déclenchent des réponses cellulaires spécifiques (adhésion, migration, prolifération, différenciation). Les substrats capables d'interagir dynamiquement avec les cellules sont donc un sujet de recherche important en biologie cellulaire.
Le comportement cellulaire aux interfaces cellule/matériau dépendent des propriétés chimiques et physiques de surface, telles que la chimie de surface, la topographie, la rigidité, et des combinaisons de ces propriétés. Récemment, le groupe d'Yvette Tran à l'ESPCI Paris a développé une nouvelle approche, simple et versatile, pour fabriquer des films d'hydrogel sur des substrats solides plans de manière fiable et reproductible. Cette méthode repose sur la réticulation et le greffage simultanés de chaînes polymères fonctionnalisées par chimie click (thiol-ène). Cette stratégie « CLAG » permet un ajustement simple et reproductible des propriétés chimiques (comme la densité de charge) et physiques (taille et architecture) des films d'hydrogel. Y. Tran a récemment démarré une collaboration avec Emmanuelle MARIE du laboratoire CPCV (Chimie physique et Chimie du Vivant, département de Chimie de l'ENS) afin de développer des films d'hydrogel pour contrôler l'adhésion cellulaire. Les premiers résultats ont mis en lumière l'importance des charges de surface ainsi que de l'épaisseur des films. Le premier objectif de cette thèse est de démêler l'influence de chaque paramètre (par exemple, la nature et la densité de charge, le taux de gonflement, la rigidité, les propriétés de surface) ainsi que leurs interactions.
La densité de ligands est également un paramètre clé dans les processus d'adhésion et de migration cellulaire. Les cellules perçoivent les gradients de molécules adhésives et migrent vers les zones où la concentration de signaux adhésifs est plus élevée. Afin d'étudier la migration cellulaire, il est donc nécessaire de préparer des substrats présentant des gradients de ligands.

Le premier objectif de ce travail de thèse est de comprendre l'influence des différents paramètres tels que la nature et la densité de charge, le taux de gonflement, la rigidité, les propriétés de surface. Pour cela, des films d'hydrogels d'épaisseurs variées, composés de polymères cationiques, anioniques et neutres, seront préparés à l'aide de l'approche CLAG développée par le groupe d'Yvette Tran à l'ESPCI. La rigidité des hydrogels pourra être facilement ajustée en modulant le taux de réticulation. Cependant, en raison de la faible épaisseur des films, la rigidité apparente sera influencée par la nature du substrat utilisé. Ainsi, du verre et du polydiméthylsiloxane (PDMS) de modules différents seront utilisés comme substrats. L'épaisseur et le taux de gonflement seront caractérisés de manière approfondie, notamment par ellipsométrie, AFM et nanoindentation.
Le groupe d'Emmanuelle Marie à l'ENS a récemment développé une approche versatile et facile à mettre en oeuvre pour recouvrir différents substrats de brosses de polymères. Cette stratégie repose sur des copolymères greffés de poly-L-lysine (PLL), où le squelette PLL ancre le copolymère au substrat, exposant ainsi les chaînes latérales de PEG et PEG-N3 réactifs sous forme de brosse. Ainsi, des hydrogels d'épaisseurs variées seront préparés par la méthode CLAG, puis recouverts d'une monocouche de copolymères PLL. Les ligands seront greffés sur le PLL-g-PEG-N3 à l'aide de réactions de chimie click (strain-promoted azide - alkyne click chemistry reactions) en utilisant un dispositif microfluidique capable de générer des gradients de molécules.
Les expériences d'adhésion et de migration cellulaire seront effectués à l'ENS et en collaboration avec Catherine Levisage (INSERM UMR 1229, Regenerative Medicine and Skeleton, RMeS, Nantes)