• Langue : Anglais
• Discipline : Recherche clinique, innovation technologique, santé publique
• Identifiant : 2025ULILS047
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 16/12/2025

Résumé en langue originale

La transplantation d'îlots pancréatiques humains de Langerhans (IL) est une approche clinique prometteuse pour le traitement du diabète de type 1 sévère. Cependant, la restauration de la sécrétion endogène d'insuline reste soumise à de nombreuses incertitudes (antécédents du donneur, prélèvement du pancréas, traitement des îlots cellulaires, etc.) et la prédiction du succès de la transplantation dépend principalement de la qualité des cellules sécrétrices d'insuline, d'où l'importance de pouvoir évaluer avec précision une préparation cellulaire avant qu'elle ne soit remise au chirurgien transplanteur. Parmi les différentes techniques d'évaluation, le test de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose (GSIS) reste la référence pour évaluer la fonction des cellules bêta. Cependant, les tests GSIS statiques ou dynamiques (périfusion) utilisés présentent des limites en termes d'informations, car ils se concentrent exclusivement sur la sécrétion insulinique. De plus, du fait de l'hétérogénéité cellulaire des IL et de la variabilité interindividuelle, il semble essentiel de combiner d'autres indicateurs pour l'évaluation des IL isolées. Aussi perfectionner les analyses par périfusion semble crucial pour l’évaluation des cellules endocrines utilisées en clinique ou lors de protocoles expérimentaux.Au cours de ce travail de thèse, nous avons pu : (1) étudier, à l'aide de la technique de périfusion, l'impact de l'hétérogénéité des IL humains sur la sécrétion d'insuline ; (2) développer et fabriquer, à l'aide de l'impression 3D, des chambres de réactionnelles adaptées à la physiologie fine de l'IL ; (3) développer un système de périfusion permettant plusieurs analyses en parallèle et (4) adapter une mesure de la consommation d'oxygène continue pendant le processus de périfusion.Les résultats d'une étude monocentrique sur la sécrétion d'insuline évaluée par perfusion sur un grand nombre de préparations d'IL (n = 168) ont montré que les paramètres physiologiques des donneurs, tels que l’Indice de Masse Corporelle (IMC), la Surface Corporelle (SC) et l'HbA1c, influençaient la sécrétion d'insuline, en particulier à de faibles concentrations de glucose, indépendamment du sexe. Cette étude a confirmé l'importance de la sécrétion d'insuline à jeun comme indicateur de la qualité fonctionnelle de l'IL isolée.En collaboration avec l’IMT Nord Europe, nous avons utilisé la CAO (SolidWorks) pour modéliser des chambres de périfusion et développé une analyse des flux des fluides périfusés afin de garantir une périfusion uniforme qui ne stresse pas l'IL pendant la stimulation glucidique.Nous avons fabriqué des chambres de périfusion individuelle (mono-chambre) à l'aide d'une technologie d'impression 3D basée sur la stéréolithographie (SLA). Ces chambres étaient chargées par le bas, et des tests itératifs ont confirmé l'uniformité du flux et la stabilité opérationnelle pendant la stimulation cellulaire. Un système de sonde optique a été intégré en aval de la chambre de perfusion afin de mesurer les taux de consommation d'oxygène (OCR) pendant la stimulation au glucose.Cette thèse a démontré la grande hétérogénéité intra- et interindividuelle de la sécrétion d'insuline par les îlots de Langerhans humains isolés et a conduit au développement d'un outil permettant d'évaluer la fonctionnalité métabolique in vitro des IL isolés utilisés dans la pratique clinique ou dans les études scientifiques. Cet outil devrait contribuer au développement de plateformes standardisées pour les futures recherches sur la sécrétion d'hormones IL et permettre une meilleure compréhension de la physiologie de la sécrétion d'insuline.

Résumé traduit

Pancreatic Human islet of Langerhans (IL) transplantation is a promising clinical approach for the treatment of severe type 1 diabetes. However, the restoration of endogenous insulin secretion remains subject to many uncertainties (donor history, pancreas harvesting, cell islet processing, etc.), and the prediction of transplant success depends primarily on the quality of the insulin-secreting cells; hence the importance of being able to accurately evaluate a cell preparation before it is released to the transplant surgeon.Among the various assessment techniques, the glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) test remains the gold standard for evaluating beta cell function. However, the static or dynamic (perifusion) GSIS used have limitations in terms of information, as they focus exclusively on insulin stimulation. Increasing experimental throughput to facilitate parallel studies is a crucial aspect in refining perifusion systems for more efficient and comparative GSIS analysis.Furthermore, due to the cellular heterogeneity of IL and inter-individual variability, it appears essential to combine other indicators for the evaluation of isolated IL.This thesis establishes several advances: (1) to study the beta cell heterogeneity in human donors of islet Perifusions (2) by developing CAD (Computer Aided Design) modeled prototype, (3) by developing Stereolithography-based 3D-fabricated perifusion mono chambers, (4) assembling a 4-stream perifusion system with associated components to access parallel perifusion studies and (5) to adopt a measurement of oxygen consumption during the perifusion process.The results of a single-center study of insulin secretion assessed by perifusion on a large number of IL preparations (n = 168) identified that donor physiological parameters, such as Body Mass Index (BMI), Body Surface Area (BSA) and HbA1c, influenced insulin secretion, particularly at low glucose concentrations, independently of sex. This study confirmed the importance of fasting insulin secretion as an indicator of the functional quality of isolated IL.In collaboration with IMT Nord Europe, we used CAD (SolidWorks) to model perifusion chambers and developed fluid flow analysis to ensure uniform perifusion that does not stress the IL during carbohydrate stimulation.We therefore manufactured perifusion chambers (mono chambers) using 3D printing technology based on stereolithography (SLA). These chambers confirmed the uniformity of flow and stability during assembly.Furthermore, an optical probe system was integrated post-chamber to monitor glucose-stimulated oxygen consumption rates (OCR). Our preliminary results confirmed measurable and reproducible metabolic responses in human islets within a single perifusion framework, and established a foundation for future studies.This thesis has demonstrated the high intra- and inter-individual heterogeneity of insulin secretion by isolated human islets of Langerhans and have led to the development of a tool for evaluating the in vitro metabolic functionality of isolated IL used in clinical practice or in scientific studies. This tool should contribute to the development of standardised platforms for future research on IL hormone secretion and provide a better understanding of the physiology of insulin secretion.