Engineering biomolecular microenvironments for cell instructive biomaterials

Engineered cell instructive microenvironments with the ability to stimulate specific cellular responses is a topic of high interest in the fabrication and development of biomaterials for application in tissue engineering. Cells are inherently sensitive to the in vivo microenvironment that is often designed as the cell “niche”. The cell “niche” comprising the extracellular matrix and adjacent cells, influences not only cell architecture and mechanics, but also cell polarity and function. Extensive research has been performed to establish new tools to fabricate biomimetic advanced materials for tissue engineering that incorporate structural, mechanical and biochemical signals that interact with cells in a controlled manner and to recapitulate the in vivo dynamic microenvironment. Bioactive tunable microenvironments using micro and nanofabrication have been successfully developed and proven to be extremely powerful to control intracellular signaling and cell function. This review is focused in the assortment of biochemical signals that have been explored to fabricate bioactive cell microenvironments and the main technologies and chemical strategies to encode them in engineered biomaterials with biological information.The authors thank Fundacao para a Ciencia e Tecnologia for C.A.C.'s PhD grant (SFRH/BD/61390/2009). This work was carried out under the scope of the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement no REGPOT-CT2012-316331-POLARIS

Contrôle de température et étude des transferts thermiques dans des dispositifs microfluidiques

The purpose of this work is to study microfluidic devices with integrated thermal elements for process temperature monitoring and controlling. The ability of multiple parameters controlling, the small time-constant of micro-scale heat transfer, and the possibility of large scale device integration allow us to propose new tools for other advanced research purposes. In physics, we fabricated micro-conductimeters as tool to study thermal conductivity of nanofluids. In chemistry, we developed a flow-in micro-calorimeter which is compatible to the common lab-on-chip technologies. The possibility given by the high speed of heat transfer in microfluidic device led to the development of new tools for cell biology. In particular, we have being able to confine a colony of yeast cell and change the working temperature in a few seconds. It allowed us to control thermo sensitive protein activity and studying cytoskeleton properties of S.Pombe yeast. The devices and methods we proposed are therefore pertinent, providing new tools for cell biology studies and allowing in particularly a better understanding of the role of thermo sensitive proteins.Cette thèse a pour objet de coupler la microfluidique et la microthermique pour réaliser des dispositifs miniaturisés de mesure et de contrôle de température. Nous avons utilisé les faibles constantes de temps des échanges thermiques aux échelles micrométriques et la capacité d'intégration offerte par la microfluidique, pour développer de nouveaux outils afin d'explorer d'autres domaines scientifiques. Dans le domaine de la physique, nous avons fabriqué un micro-conductimètre thermique afin d'étudier certaines des propriétés thermiques des nanofluides. Dans le domaine de la thermochimie nous avons mis au point un microcalorimètre à flux continu intégrable dans un laboratoire sur puce. Les possibilités offertes par la rapidité des transferts thermiques aux échelles micrométriques nous ont permis de développer des dispositifs de contrôle de température appliqués à la biologie cellulaire. Ce type de dispositif permet de confiner une colonie de cellules et d'effectuer des changements de température du milieu, en quelques secondes. Nous avons ainsi la possibilité de contrôler l'activité de protéines thermosensibles et d'étudier certaines propriétés du cytosquelette de S.Pombe. Les caractéristiques de ce type de dispositif ouvrent la voie à de nouvelles recherches en biologie cellulaire, particulièrement sur le rôle de protéines d'intérêt thérapeutique rendues préalablement thermosensibles

Contrôle de température et étude des transferts thermiques dans des dispositifs microfluidiques

Cette thèse a pour objet de coupler la microfluidique et la microthermique pour réaliser des dispositifs miniaturisés de mesure et de contrôle de température. Nous avons utilisé les faibles constantes de temps des échanges thermiques aux échelles micrométriques et la capacité d intégration offerte par la microfluidique, pour développer de nouveaux outils afin d explorer d autres domaines scientifiques. Dans le domaine de la physique, nous avons fabriqué un micro-conductimètre thermique afin d étudier certaines des propriétés thermiques des nanofluides. Dans le domaine de la thermochimie nous avons mis au point un microcalorimètre à flux continu intégrable dans un laboratoire sur puce. Les possibilités offertes par la rapidité des transferts thermiques aux échelles micrométriques nous ont permis de développer des dispositifs de contrôle de température appliqués à la biologie cellulaire. Ce type de dispositif permet de confiner une colonie de cellules et d effectuer des changements de température du milieu, en quelques secondes. Nous avons ainsi la possibilité de contrôler l activité de protéines thermosensibles et d étudier certaines propriétés du cytosquelette de S.Pombe. Les caractéristiques de ce type de dispositif ouvrent la voie à de nouvelles recherches en biologie cellulaire, particulièrement sur le rôle de protéines d intérêt thérapeutique rendues préalablement thermosensibles.The purpose of this work is to study microfluidic devices with integrated thermal elements for process temperature monitoring and controlling. The ability of multiple parameters controlling, the small time-constant of micro-scale heat transfer, and the possibility of large scale device integration allow us to propose new tools for other advanced research purposes. In physics, we fabricated micro-conductimeters as tool to study thermal conductivity of nanofluids. In chemistry, we developed a flow-in micro-calorimeter which is compatible to the common lab-on-chip technologies. The possibility given by the high speed of heat transfer in microfluidic device led to the development of new tools for cell biology. In particular, we have being able to confine a colony of yeast cell and change the working temperature in a few seconds. It allowed us to control thermo sensitive protein activity and studying cytoskeleton properties of S.Pombe yeast. The devices and methods we proposed are therefore pertinent, providing new tools for cell biology studies and allowing in particularly a better understanding of the role of thermo sensitive proteins.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF