Communications intercellulaires dynamiques au sein des îlots pancréatiques analysées par multi-electrode arrays : rôles physiologiques et applications biotechnologiques en diabétologie

Abstract

Les îlots pancréatiques sont le principal capteur de glycémie et intègrent toutes les informations métaboliques et hormonales pour adapter en temps réel la sécrétion des hormones, telles que l'insuline par les cellules β majoritaires et le glucagon par les cellules α. Dans le diabète de type 1 (DT1) les cellules β sont détruites par réaction auto-immune et dans le DT2 la masse de cellules β, la fonction et le réseau intra-îlot sont altérés. La réactivité de ces micro-organes est due à leurs propriétés électriques, encodant rapidement l’information, et aux communications entre cellules β/β et β/non-β. Cependant des outils non-invasifs à haute résolution et long terme pour les analyser manquent. L’électrophysiologie extracellulaire par multi-electrode arrays (MEAs) le permet en mesurant des signaux cellulaires mais aussi multicellulaires (SPs) dus aux couplages entre cellules β. J’ai donc utilisé les MEAs (i) pour explorer la physiologie/physiopathologie des îlots et (ii) pour des applications en diabétologie. J’ai montré que la cinétique biphasique de la sécrétion d’insuline était encodée par les SPs avec des changements dynamiques de couplages entre cellules β. Une hormone intestinale importante (GLP-1) augmente la 2de phase alors que des conditions diabétiques (glucotoxicité) réduisent la 1re. La réponse aux nutriments requiert de plus la coopération avec les cellules α, car leur suppression (modèle inductible GluDTR) réduit l’activité basale et la 2de phase des cellules β en présence d’un mélange physiologique d’acides aminés. J’ai également caractérisé électrophysiologiquement les cellules β humaines dérivées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC), déterminé leurs couplages, établi leur contrôle qualité et démontré l’impact fonctionnel d’une mutation d’intérêt (ZnT8) éditée par CRISPR/Cas9. Un contrôle qualité fonctionnel des îlots humains avant greffe chez des patients DT1 a également été réalisé et comparé aux résultats cliniques. Enfin, mes enregistrements de SPs analysées par microélectronique en temps réel ont permis de valider un modèle in silico de biocapteur dans un simulateur de référence de patients DT1. En conclusion, mes travaux montrent (i) l’importance des communications intra-îlots dans leur adaptation physiologique dynamique, (ii) et que l’exploitation des SPs ouvre des applications allant du pancréas artificiel à la thérapie cellulaire personnalisée.