​Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune caractérisée par la destruction des cellules βpancréatiques. Bien que la transplantation d’îlots de Langerhans puisse restaurer une sécrétion endogène d’insuline chez certains patients, son efficacité à long terme reste limitée par la perte du greffon, une revascularisation insuffisante, l’hypoxie, l’inflammation et le rejet immunitaire. Un enjeu majeur est donc de développer des modèles humains in vitro capables de reproduire le microenvironnement des îlots pancréatiques, notamment leur niche vasculaire. 

L’objectif de cette thèse était de développer des modèles humains vascularisés et perfusables d’îlots pancréatiques compatibles sur la puce microfluidique serpentin précédemment développée. Premièrement, des organoïdes pancréatiques multicellulaires pré-endothélialisés, appelés Langerhanoïdes, ont été générés à partir de cellules EndoCβH5 ou d’îlots humains dissociés, associés à des cellules endothéliales et stromales. Leur structure 3D, la sécrétion d’insuline, le développement d’un réseau endothélial endothéliales avec le microenvironnement et la perfusion sur la puce microfluidique serpentin ont été évalués. Concernant les Langerhanoïdes, les résultats ont montré que l’identité et la proportion des cellules stromales influençait fortement la compaction des Langerhanoïdes et l’intégration des cellules endothéliales.
Dans un deuxième temps, un gel à base de lysat plaquettaire humain (hPLG) a été développé afin de fournir un microenvironnement bioactif, sans composant xénogénique, capable de soutenir le développement d’un réseau endothélial et la survie des cellules endocrine. Cependant, les propriétés mécaniques d’hPLG a limité son utilisation sur puce. Ainsi, un gel hybride associant lysat plaquettaire humain et fibrine humaine a donc été développé afin d’améliorer les propriétés mécaniques du gel en conservant ses propriétés pro-angiogéniques et cytoprotectrices.

Ce travail met en évidence le potentiel, mais aussi les défis, associés au développement de modèles pancréatiques perfusables. La formation d’un réseau endothélial a été obtenu, mais la perfusion intratissulaire reste dépendante de la composition cellulaire, des propriétés mécaniques des gels et du design de la puce. Ces modèles sont prometteurs pour étudier les interactions endocrines–vasculaires, le recrutement immunitaire, les réponses aux traitements, la transplantation d’îlots et la médecine personnalisée dans le diabète de type 1​. ​​​​

Title: Vascularization of pancreatic islets on chip for monitoring type 1 diabetes

Abstract​​
Type 1 diabetes is an autoimmune disease characterized by the progressive destruction of pancreatic βcells. Although islet transplantation can restore endogenous insulin secretion, its long-term success remains limited by early graft loss, insufficient revascularization, hypoxia, inflammation, and immunemediated rejection. Currently, there is no model to mimic the patient and better understand the graft loss, nor the origin of the pathology. The objective of this thesis was to develop a perfusable human vascularized pancreatic islet model, compatible with a serpentin microfluidic chip previously developed. First, multicellular pre-endothelialized pancreatic organoids termed Langerhanoids, were developed using EndoC-βH5 cells or dissociated human islets, combined with endothelial and stromal cells. The results showed that stromal cell identity and proportion strongly influenced Langerhanoid compaction and endothelial behavior. Secondly, a human platelet lysate-based gel (hPLG) was developed to provide a bioactive, xeno-free microenvironment supporting both endothelial organization and endocrine cell survival. However, hPLG mechanical properties limited its use for microfluidic chip applications. A hybrid human platelet lysate–fibrin hydrogel, was developed to improve mechanical properties while maintaining pro-angiogenic and cytoprotective properties. Overall, this work highlights both the potential and the challenges of generating perfusable pancreatic islet models. Endothelial sprouting and network formation were achieved, but intratissue perfusion remained dependent on the balance between cellular composition, hydrogel mechanics, and chip design. Taken together, these models are promising for studying endocrine–vascular interactions, immune cell trafficking, drug responses, islet transplantation, and future personalized medicine approaches for type 1 diabetes.

Direction / Supervision​
Emily Tubbs (CEA)
Sandrine Lablanche (PU-PH, CHU Grenoble Alpes)