Note ABES Generic self-organisation rules of organoids Règles génériques d'auto-organisation des organoïdes Organoïdes Lumen Cavités micro-fabriquées Nucléation Fusion Rotation Organoids Lumen Micro-fabricated cavities Nucleation Fusion Rotation 571.6 Organoïdes Cultures cellulaires Technique Structure cellulaire (physique) Les organoïdes sont des systèmes prometteurs pour la biologie et la médecine. Ils s’auto-organisent à partir de cellules souches ou progénitrices et adoptent des structures très proches des organes in vivo. Cependant, leurs dimensions et leurs organisations ne sont pas reproductibles, ce qui empêche leur utilisation efficace en recherche fondamentale et dans les applications biomédicales. Dans ce contexte, la thèse a consisté à étudier leurs propriétés d'auto-organisation. Nous avons utilisé des cystes de cellules épithéliales MDCK, des cellules mES et des épiblastes, des sphéroïdes et des organoïdes de pancréas. Tous les systèmes forment des cystes, qui sont des cavités creuses remplies de liquide, appelées lumens, entourés de couches cellulaires. Trois directions ont été explorées au cours de la thèse en étroite collaboration avec un réseau international coordonné par Daniel Riveline (Human Frontier Science Program 2018) : (i) nous avons standardisé la croissance des organoïdes en contrôlant le nombre initial de cellules lors de la préparation des organoïdes ; les cellules ont été piégées dans des cavités micro-fabriquées de dimensions contrôlées, ce qui a permis une observation et un suivi des croissances sur plusieurs jours ; (ii) nous avons comparé la nucléation, la croissance et la fusion des lumens entre 3 systèmes et nous avons décrit les caractéristiques communes et distinctes entre les systèmes ; (iii) nous avons caractérisé la rotation spontanée de doublets MDCK et les mécanismes physiques associés, en les mettant en regard d’autres rotations spontanées rapportées pour des anneaux de cellules MDCK et pour les sphéroïdes de pancréas notamment. Dans l'ensemble, nos travaux à l'interface entre la physique et la biologie montrent que les organoïdes présentent des propriétés génériques d'auto-organisation. Ces travaux ouvrent la perspective de concevoir des organoïdes à façon avec nos nouvelles méthodes et d'atteindre une reproductibilité phénotypique sans précédent. Organoids represent outstanding systems for biology. They can generate organ-like structures from single stem cells or progenitor cells. However, their dimensions and organisations are not reproducible which prevents their efficient usage in basic research and in biomedical applications. In this context, the PhD work has consisted in studying their self-organisation properties. We used MDCK cysts, mES cells and epiblasts, pancreatic spheres, and organoids. All systems form cysts, which are hollow liquid filled cavities, named lumens, surrounded by cell layers. Three main parts have been explored during the PhD, in close collaboration with an international network coordinated by Daniel Riveline (Human Frontier Science Program 2018) : (i) we standardized organoids growth by controlling the initial cell number at plating; cells were trapped in micro-fabricated cavities of controlled dimensions with efficient tracking and manipulation over days ; (ii) we compared the nucleation, growth and fusion of lumens between 3 systems and we outlined the common and distinct features across systems; (iii) we characterized the spontaneous rotation of MDCK doublets and their physical mechanisms in line with other reported spontaneous rotations in MDCK rings and in pancreatic spheres. Altogether, our work at the Interface between Physics and Biology shows that organoids exhibit robust self-organisation properties. It opens the perspective to design robust organoids with new methods and reach unprecedented reproducibility. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 15680319 Université de Strasbourg Strasbourg 2023-12-31 application/pdf 19938624 http://www.theses.fr/2022STRAJ119/document http://www.theses.fr/2022STRAJ119/abes Lu Linjie 1993-08-17 FR 269922032 0G415R01I02 21820709 4200002 https://theses.fr/2022STRAJ119 2022STRAJ119 https://doi.org/10.70675/97106283z4853z48cczb158z056a0c9ae512 2022-12-13 Sciences de la vie et de la santé Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Riveline Daniel MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 110726499 Meignin Carine MADS_PRESIDENT_DU_JURY 238184706 Chen Yong MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 03092653X Rivière Charlotte MADS_RAPPORTEUR_1 094191867 Descroix Stéphanie MADS_RAPPORTEUR_2 070116172 École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 414 156502844 Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 155263749 93800 ddc:570 Riveline Daniel Meignin Carine Chen Yong Rivière Charlotte Descroix Stéphanie École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....) Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg) PDF 15680319 confidentialité 2022-12-13 2027-12-13 confidentialité 2022-12-13 2027-12-13 restriction 2022-12-13 2027-12-13 confidentialité 2022-12-13 2027-12-13 confidentialité 2022-12-13 2027-12-13