Thèse Nouvelle Génération de Modèles In Vitro Dynamiques pour Décrypter la Digestion des Protéines et la Biodisponibilité des Peptides H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Direction de la thèse : Anthony TREIZEBRE ORCID 0000000222658095
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-06T23:59:59

Les protéines alimentaires constituent une source majeure de peptides bioactifs susceptibles d'influencer la santé digestive et systémique. Pourtant, les mécanismes qui gouvernent leur digestion, la génération des peptides, leur bioaccessibilité et leur transport à travers la barrière intestinale restent imparfaitement compris. Cette lacune s'explique en grande partie par les limites des modèles in vitro conventionnels, majoritairement statiques, incapables de reproduire fidèlement la complexité dynamique des processus gastro-intestinaux : variations progressives de pH, cinétiques enzymatiques non linéaires, contraintes hydrodynamiques, phénomènes de cisaillement, et exposition séquentielle de l'épithélium intestinal aux produits de digestion.
Ce projet doctoral vise à franchir un cap technologique et conceptuel en développant une plateforme microphysiologique universelle intégrée permettant d'étudier, de manière dynamique et compartimentée, l'ensemble du devenir des protéines alimentaires : de leur hydrolyse gastro-intestinale jusqu'au passage des peptides et acides aminés à travers une barrière intestinale fonctionnelle.
L'approche repose sur la convergence de la microfluidique avancée, des technologies BioMEMS et de l'expertise en biochimie des protéines et peptidomique. Le premier axe du projet consiste à concevoir un modèle de barrière intestinale de type organe-sur-puce, intégrant des cellules intestinales cultivées sous flux contrôlé. L'objectif est d'obtenir un épithélium différencié, polarisé et physiologiquement pertinent, soumis à des conditions hydrodynamiques reproduisant l'environnement intestinal in vivo. Ce modèle permettra l'étude quantitative du transport transépithélial de peptides dans un contexte dynamique, ainsi que l'évaluation de l'intégrité et de la fonctionnalité de la barrière.
Le deuxième axe porte sur le développement d'un module de micro-digestion gastro-intestinale dynamique intégrant les compartiments buccal, gastrique et intestinal. Ce système permettra un contrôle fin des paramètres critiques : modulation temporelle du pH, activité enzymatique, temps de résidence et contraintes de cisaillement. Il offrira un suivi cinétique précis de la génération des peptides et acides aminés, ainsi que la production d'hydrolysats directement compatibles avec des analyses peptidomiques par spectrométrie de masse.
Le troisième axe vise l'intégration fluidique et fonctionnelle de ces deux modules au sein d'une plateforme couplée et modulaire. Cette architecture permettra d'alimenter directement le modèle intestinal avec les produits issus de la digestion dynamique, assurant une continuité physiologique entre les étapes de transformation et d'absorption. Cette approche compartimentée offrira, pour la première fois, une vision intégrée du devenir des peptides, depuis leur formation jusqu'à leur transport intestinal.
En combinant microfabrication, ingénierie des systèmes et analyses biochimiques avancées, ce projet ambitionne de créer une nouvelle génération de modèles in vitro dynamiques, prédictifs et adaptables à différentes sources protéiques. Au-delà de l'amélioration de la compréhension fondamentale des mécanismes de digestion et d'absorption, la plateforme développée constituera un outil stratégique pour la nutrition fonctionnelle, le développement d'ingrédients à bénéfice santé et l'évaluation préclinique de composés bioactifs.
Ce travail s'inscrit ainsi à l'interface des sciences de l'ingénieur et des sciences du vivant, avec un fort potentiel d'impact en recherche translationnelle et en innovation en technologies pour la santé.Les modèles classiques de digestion in vitro (ex. protocole harmonisé INFOGEST) ont permis d'améliorer la standardisation des études de digestion protéique. Toutefois, ces approches restent statiques et ne reproduisent pas la dynamique physiologique du tractus gastro-intestinal : variations spatio-temporelles du pH, gradients enzymatiques, phénomènes hydrodynamiques, contraintes de cisaillement et exposition progressive de l'épithélium intestinal aux produits de digestion.
Parallèlement, les technologies d'organe-sur-puce ont démontré leur capacité à reproduire des microenvironnements physiologiques sous flux contrôlé, améliorant la pertinence prédictive des modèles in vitro. Néanmoins, très peu de systèmes intègrent de manière couplée une digestion dynamique en amont et une barrière intestinale fonctionnelle en aval.
Il existe donc un verrou scientifique et technologique : développer un système intégré capable de reproduire de façon réaliste le continuum digestion-absorption, afin de mieux comprendre les mécanismes régissant la bioaccessibilité et la biodisponibilité des peptides alimentaires.

L'objectif principal est de développer une plateforme microphysiologique intégrée permettant l'étude dynamique et compartimentée de la digestion gastro-intestinale des protéines et du transport intestinal des peptides. Il s'agit de dépasser les limites des approches statiques conventionnelles en reproduisant les variations spatio-temporelles du pH, les cinétiques enzymatiques, les contraintes hydrodynamiques et l'exposition progressive de l'épithélium intestinal aux produits de digestion.
Plus spécifiquement, le projet vise à concevoir un modèle de barrière intestinale fonctionnel sous flux contrôlé, à développer un module de micro-digestion dynamique intégrant les compartiments oral, gastrique et intestinal, puis à interfacer ces deux systèmes afin de reproduire le continuum physiologique entre transformation enzymatique et absorption. L'ambition est de générer un outil prédictif capable de relier profils peptidiques, cinétiques d'hydrolyse et efficacité de transport transépithélial.

La démarche repose sur le développement parallèle de deux modules complémentaires. Le premier consiste en la conception d'un dispositif microfluidique de type organe-sur-puce intégrant une monocouche de cellules intestinales cultivées sous flux contrôlé. Les performances fonctionnelles de la barrière seront évaluées par des mesures d'intégrité, des tests de perméabilité et l'analyse de l'expression des protéines de jonction serrée. Ce système permettra d'étudier quantitativement le transport transépithélial de peptides issus de la digestion.
Le second module correspondra à une plateforme de micro-digestion gastro-intestinale dynamique intégrant successivement les phases orale, gastrique et intestinale. Le contrôle automatisé des variations de pH, des concentrations enzymatiques, des débits et des temps de résidence permettra de reproduire les conditions physiologiques. Les hydrolysats collectés à différents temps seront analysés par peptidomique (LC-MS/MS) afin de caractériser finement les profils peptidiques et les cinétiques d'hydrolyse.
L'intégration fluidique des deux modules constituera l'étape clé du projet. Elle permettra d'alimenter directement la barrière intestinale avec les produits issus de la digestion dynamique, assurant ainsi une continuité physiologique entre hydrolyse et absorption. L'ensemble des données générées contribuera à l'élaboration d'un modèle prédictif reliant structure peptidique, conditions de digestion et efficacité de transport.