Modélisation d'un bioréacteur pour caractériser l'environnement péricellulaire de sphéroïdes en vue d'applications d'ingénierie tissulaire osseuse

Les sphéroïdes sont des agrégats de cellules auto-assemblé cultivées en 3D dans une matrice ou en suspension, développant des interactions complexes cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire. Les sphéroïdes sont des « briques de construction » qui intéressent particulièrement l'ingénierie tissulaire dont l'objectif est de produire, à partir de biomatériaux et de cellules humaines en culture, des tissus vivants pour restaurer, maintenir ou améliorer leur fonction. Le microenvironnement physique (concentration locale d'oxygène), mécanique (contraintes de cisaillement), biochimique (lactate) et biologique (facteurs de croissance) influence fortement la maturation de ces structures en organoïdes, considérés aujourd'hui comme les organisations biologiques in vitro se rapprochant le plus morphologiquement, histologiquement et fonctionnellement de véritables organes. Notre stratégie repose sur la formation directe de sphéroïdes au sein d'un hydrogel poreux supplémenté d'hydroxyapatite, suivie de leur maturation en organoïdes dans un bioréacteur à perfusion. La perfusion est destinée à stimuler mécaniquement les sphéroïdes et améliorer le transport des solutés (l'approvisionnement en nutriments et l'élimination des déchets). Cependant, les champs de contrainte et de concentration en solutés vus par les cellules sont généralement hétérogènes et mal connus dans un bioréacteur. La simulation numérique peut donc être un outil efficace pour déterminer le microenvironnement chimique et mécanique des cellules et aider à mieux comprendre le comportement cellulaire au sein d'un bioréacteur.