Thèse Organoïdes Hypophysaires Vascularisés sur Puce Microfluidique H/F - 13

Établissement : Aix Marseille Université
École doctorale : Recherches Biomédicales
Laboratoire de recherche : MMG - Marseille Medical Genetics
Direction de la thèse : Pauline ROMANET ORCID 0000000317759569
Début de la thèse : 2026-11-01
Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59

L'hypophyse est une glande neuroendocrine située à la base du cerveau. Elle reçoit des signaux de l'hypothalamus et joue un rôle crucial dans la régulation des fonctions de divers organes périphériques en synthétisant et en libérant des hormones qui influencent la croissance, le métabolisme, la reproduction et la réponse de l'organisme au stress.
Les déficits hypophysaires congénitaux sont des maladies rares qui se manifestent par des déficits isolés ou combinés caractérisés par une petite taille, un retard pubertaire, une insuffisance surrénalienne, une hypothyroïdie et/ou une infertilité. Par ailleurs, plusieurs maladies héréditaires rares prédisposent à la survenue de tumeurs hypophysaires, qui peuvent être également provoquées par des mutations somatiques.
Au cours de la dernière décennie, notre équipe (Mechanisms of Paracrine and Endocrine Disorders - MoPED) a un protocole permettant de générer des organoïdes hypophysaires dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), appelés PitO (Mac et al., 2024). Ces PitO représentent une avancée conceptuelle et technologique majeure, surmontant les nombreuses limites des modèles cellulaires et animaux traditionnels des maladies hypophysaires rares. Avec un nouveau protocole de différenciation (Taga et al., 2023), nous obtenons désormais une sécrétion hormonale spontanée dans les milieux de culture, variable selon les lignées de hiPSC.
Les PitO sont composés de cellules dérivées de l'hypophyse, mais aussi de l'hypothalamus essentielles à ces cultures à long terme (Taga et al., 2023, Matsumoto et al, 2020). En effet, la signalisation hypothalamique est cruciale pour induire le développement de l'hypophyse. Par ailleurs, l'hypophyse possède deux réseaux vasculaires denses, sa vascularisation propre et le système porte, dont l'organisation influence à la fois le développement et la fonction hypophysaire. Dans les PitO, l'absence de perfusion intraluminale est associée à un appauvrissement cellulaire ainsi qu'à une mort cellulaire apoptotique/nécrotique au coeur de l'organoïde, nécessitant une culture en hyperoxie non physiologique (40 % d'O2). L'intégration des PitO dans des systèmes microfluidiques intégrant des réseaux vasculaires, essentiels, non seulement à l'apport de nutriments et d'O2, mais aussi à la maturation fonctionnelle des tissus, semble une approche prometteuse (Quintard et al, 2024, Salmon et al, 2022, Homan et al, 2019).
Notre hypothèse est qu'en cultivant les PitO dans des micropuces perfusables, nous pourrons améliorer les profils de différenciation des PitO quelle que soit la lignée hiPSC utilisée et simuler le fonctionnement hypothalamo-hypophysaire par la stimulation de la sécrétion hypophysaire à l'aide de facteurs hypothalamiques.
L'objectif de ce projet de thèse est de concevoir un système de culture en micropuce à chambres multiples sous perfusion pour la co-culture des PitO et d'un support endothélial et de caractériser les PitO cultivés dans ce système par une approche OMIC utilisant une approche de déconvolution du méthylome et du scRNAseq.
Ce projet original est basé sur le transfert de notre système de culture en trois dimension (3D) en suspension à une culture 3D sur micropuces. Ces technologies d'organes sur puce (organoid on chip - OOC), intégrant des cultures organoïdes à des environnements microfluidiques et à des systèmes de biodétection avancés, représentent un outil révolutionnaire pour la recherche biomédicale et la médecine personnalisée. Ces « jumeaux microcliniques » offrent des plateformes physiologiquement pertinentes pour l'exploration des mécanismes pathologiques, des réponses thérapeutiques et des interventions spécifiques aux patients (Miccoli et al, 2018, Vissers et al, 2021, Poinsot et al 2023).

L'hypophyse est une glande neuroendocrine située à la base du cerveau. Elle reçoit des signaux de l'hypothalamus et joue un rôle crucial dans la régulation des fonctions de divers organes périphériques en synthétisant et en libérant des hormones qui influencent la croissance, le métabolisme, la reproduction et la réponse de l'organisme au stress.
Les déficits hypophysaires congénitaux sont des maladies rares qui se manifestent par des déficits isolés ou combinés caractérisés par une petite taille, un retard pubertaire, une insuffisance surrénalienne, une hypothyroïdie et/ou une infertilité. Par ailleurs, plusieurs maladies héréditaires rares prédisposent à la survenue de tumeurs hypophysaires, qui peuvent être également provoquées par des mutations somatiques.
Au cours de la dernière décennie, notre équipe (Mechanisms of Paracrine and Endocrine Disorders - MoPED) a un protocole permettant de générer des organoïdes hypophysaires dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), appelés PitO (Mac et al., 2024). Ces PitO représentent une avancée conceptuelle et technologique majeure, surmontant les nombreuses limites des modèles cellulaires et animaux traditionnels des maladies hypophysaires rares. Avec un nouveau protocole de différenciation (Taga et al., 2023), nous obtenons désormais une sécrétion hormonale spontanée dans les milieux de culture, variable selon les lignées de hiPSC.
Les PitO sont composés de cellules dérivées de l'hypophyse, mais aussi de l'hypothalamus essentielles à ces cultures à long terme (Taga et al., 2023, Matsumoto et al, 2020). En effet, la signalisation hypothalamique est cruciale pour induire le développement de l'hypophyse. Par ailleurs, l'hypophyse possède deux réseaux vasculaires denses, sa vascularisation propre et le système porte, dont l'organisation influence à la fois le développement et la fonction hypophysaire. Dans les PitO, l'absence de perfusion intraluminale est associée à un appauvrissement cellulaire ainsi qu'à une mort cellulaire apoptotique/nécrotique au coeur de l'organoïde, nécessitant une culture en hyperoxie non physiologique (40 % d'O2). L'intégration des PitO dans des systèmes microfluidiques intégrant des réseaux vasculaires, essentiels, non seulement à l'apport de nutriments et d'O2, mais aussi à la maturation fonctionnelle des tissus, semble une approche prometteuse (Quintard et al, 2024, Salmon et al, 2022, Homan et al, 2019).

Développer et caractériser un modèle microphysiologique vascularisé d'organoïdes hypophysaires dérivés de hiPSC sur micropuce afin d'améliorer leur différenciation, leur viabilité et leur fonctionnalité endocrinienne pour l'étude des maladies hypophysaires.

1) Développer un système microfluidique de culture : Concevoir et mettre en place un système de micropuces perfusables à chambres multiples permettant la culture tridimensionnelle d'organoïdes hypophysaires.
2) Intégrer un support vasculaire : Mettre en place une co-culture des PitO avec un compartiment endothélial afin de recréer un environnement vasculaire favorisant l'apport en nutriments, en oxygène et la maturation fonctionnelle des tissus.
3) Comparer les profils de différenciations des PitO en culture en suspencion et sur puce
4) Modéliser l'interaction hypothalamo-hypophysaire : Tester la stimulation des PitO par des facteurs hypothalamiques afin de simuler le fonctionnement physiologique de l'axe hypothalamo-hypophysaire.
5) Caractériser la composition des PitO par des approches omiques en comparaison avec des atlas disponibles dans la littérature : par scRNA-seq et par méthylome en utilisant les approches de déconvolution