Thèse Dynamique de l'Angiogenèse sur Puce par Intégration d'Organoïdes Vasculaires Dérivés des Cellules Souches Pluripotentes Humaines H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Santé et médicaments École doctorale : Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué Laboratoire de recherche : Physiopathogenèse et traitement des maladies du foie Direction de la thèse : Hind GUENOU ORCID 0000000339062519 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-22T23:59:59 Les modèles tridimensionnels in vitro, tels que les organoïdes et les sphéroïdes, se sont imposés comme des outils incontournables pour l'étude des tissus humains et des pathologies, en particulier en oncologie. En reproduisant certaines caractéristiques de l'organisation tissulaire et des interactions cellulaires, ils offrent des systèmes plus pertinents que les cultures bidimensionnelles. Toutefois, leur capacité à mimer fidèlement les conditions physiologiques reste limitée par l'absence de vascularisation fonctionnelle, élément essentiel du microenvironnement cellulaire et du maintien de l'homéostasie. Dans ce contexte, les technologies « organ-on-chip » (OoC) représentent une avancée majeure, en permettant de recréer des environnements contrôlés intégrant des paramètres physico-chimiques et mécaniques proches de ceux observés in vivo.
Des travaux antérieurs ont permis de développer des organoïdes vasculaires dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), capables de former des réseaux endothéliaux tridimensionnels en conditions statiques. Ces modèles ont démontré leur potentiel pour reproduire certains aspects de la vascularisation. Néanmoins, l'absence de flux et de contraintes mécaniques limite leur maturation, leur organisation et leur fonctionnalité, ces paramètres étant déterminants dans les processus angiogéniques.
Dans ce contexte, ce projet doctoral propose de franchir une étape en introduisant une dimension dynamique grâce à l'utilisation de dispositifs microfluidiques. L'objectif est de développer un système expérimental permettant d'étudier la formation et l'organisation de réseaux vasculaires à partir de Blood Vessel Organoids (BVOs) en conditions tridimensionnelles et sous perfusion.
Le projet repose sur une approche intégrée à l'interface entre biologie cellulaire et bio-ingénierie. Il inclut la conception, la fabrication et l'optimisation d'une puce microfluidique, en collaboration avec le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, permettant un contrôle précis des conditions expérimentales. Les BVOs seront encapsulés dans une matrice extracellulaire adaptée afin de favoriser leur organisation et leur capacité à initier des processus de bourgeonnement vasculaire.
L'introduction de flux de perfusion constituera un paramètre central, en permettant de reproduire des contraintes mécaniques physiologiques et d'en analyser l'impact sur la formation, la structuration et la dynamique des réseaux vasculaires. Des sphéroïdes issus de la lignée de cancer colorectal HCT-116 seront utilisés comme source de signaux pro-angiogéniques afin d'induire et de moduler les processus de vascularisation. Un système de marquage fluorescent différentiel permettra de suivre en temps réel les interactions entre les compartiments cellulaires par imagerie.
S'inscrivant dans la continuité de travaux réalisés en conditions statiques, ce projet vise à mieux caractériser les mécanismes de vascularisation en environnement tridimensionnel dynamique. Par son approche intégrative combinant organoïdes vasculaires et microfluidique, il contribuera à améliorer la pertinence des modèles in vitro pour l'étude des interactions entre vascularisation et microenvironnement cellulaire. Les modèles in vitro tridimensionnels, tels que les organoïdes et sphéroïdes cellulaires, représentent aujourd'hui une avancée majeure pour la modélisation des organes et des tumeurs1. En reproduisant partiellement la complexité tridimensionnelle des tissus, ils offrent des conditions plus proches de la physiologie que les monocultures 2D classiques. Cependant, pour qu'ils puissent représenter fidèlement l'état in vivo, ces systèmes doivent intégrer non seulement les cellules constitutives de l'organe ou de la tumeur, mais également les structures vasculaires et stromales qui régulent le microenvironnement cellulaire2,3. Parmi ces structures, la vascularisation est un facteur clé, car elle permet l'apport en nutriments, en oxygène et en signaux biochimiques essentiels au fonctionnement cellulaire et à la survie des tissus. Malgré leur capacité à reproduire certains aspects de l'organisation tissulaire, les organoïdes 3D restent limités par l'absence de réseaux vasculaires fonctionnels4.
Dans ce contexte, l'intégration d'organoïdes vasculaires dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), appelés BVOs (Blood Vessel Organoids) dans des dispositifs microfluidiques constitue une approche particulièrement prometteuse pour reproduire des microenvironnements physiologiques contrôlés. En effet, ces BVOs peuvent
générer des réseaux endothéliaux tridimensionnels stables et fonctionnels5,6, capables d'émettre des bourgeons vasculaires dans un environnement proangiogenique, de s'intégrer à d'autres structures 3D et de favoriser la perfusion de tissus avasculaires7. De même, les systèmes « organoid-on-chip » permettent de réguler finement les paramètres physico-chimiques du microenvironnement, d'appliquer des flux de perfusion physiologiques et d'étudier la formation de réseaux vasculaires dans des conditions dynamiques7.
Dans ce contexte scientifique, l'objectif de la thèse vise à exploiter le potentiel angiogénique des organoïdes vasculaires plutôt qu'à générer des assembloïdes par fusion de structures tridimensionnelles. L'hypothèse centrale est que les BVOs peuvent agir comme un compartiment vasculaire tridimensionnel capable d'initier un processus d'angiogenèse par bourgeonnement, au cours duquel des prolongements vasculaires émergent de l'organoïde vasculaire et progressent vers un tissu cible initialement avascularisé. Cette dynamique reproduit plus fidèlement les mécanismes physiologiques de vascularisation observés lors du développement ou de la régénération tissulaire. Dans ce contexte, la lignée de cancer colorectal HCT-116 sera utilisée comme modèles tumoraux, car elles sont largement caractérisées dans la littérature et présentent un fort potentiel angiogénique 8,9. Leur capacité à produire des facteurs pro-angiogéniques et à moduler la vascularisation tumorale en fait des modèles pertinents pour évaluer la formation et la dynamique de réseaux vasculaires au sein de la plateforme microfluidique.
Étudier la vascularisation en conditions microfluidiques dynamiques à l'aide d'organoïdes vasculaires, en utilisant des sphéroïdes tumoraux comme modèle pro-angiogénique. Les méthodes mises en oeuvre dans ce projet reposeront principalement sur des approches de culture et de différenciation cellulaire visant à reproduire des processus de vasculogenèse et d'angiogenèse in vitro. Plusieurs techniques d'analyse seront mobilisées, notamment la cytométrie en flux, la microscopie confocale et la microscopie à nappe de lumière (Light-Sheet Fluorescence Microscopy), permettant une caractérisation fine des structures tridimensionnelles. Des techniques de biologie moléculaire, incluant l'extraction d'ARN, la rétrotranscription et la qPCR, seront également utilisées afin d'analyser l'expression de marqueurs spécifiques.
L'équipe INSERM impliquée dans le projet dispose d'une expertise reconnue dans la génération d'organoïdes vasculaires dérivés de hiPSC ainsi que dans le développement et l'utilisation de systèmes microfluidiques appliqués aux modèles biologiques complexes.
La conception de la puce microfluidique reposera sur des géométries adaptées aux systèmes « organ-on-chip » et compatibles avec les technologies de microfabrication disponibles au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, dans le cadre d'une collaboration avec le Dr Émile Martincic.

Le ou la candidat(e), de formation scientifique ou ingénieur, devra avoir validé le premier semestre d'un Master 2 en biologie, biotechnologie, physique, chimie ou ingénierie biomédicale (année 2025 ou mars 2026).
Une expérience en culture et analyse cellulaire et/ou en microfluidique constituera un atout. Une formation ou une expérience en salle blanche sera également appréciée.
Un intérêt marqué pour le travail en équipe multidisciplinaire sera indispensable à la bonne réalisation du projet. Le ou la candidat(e) devra également faire preuve d'organisation, de curiosité scientifique et d'autonomie