Cellules vicvantes (vertes) et mortes (rouges) ensemencées dans un hydrogel

Investigateurs principaux: H. PetiteE. Potier, M. BensidhoumD. Logeart-Avramoglou

Investigateurs:   C. Chappard, F. Anagnostou, P. Bizot, B. IlharebordeC. Denoeud, G. Luo, G. Salazar

De nombreux travaux, incluant ceux du B3OA, ont démontré la capacité des cellules souches mésenchymateuses (CSM) ensemencées sur un matériau poreux à régénérer des défauts osseux de grande taille. La qualité de la réparation osseuse est cependant variable et reste inférieure à celle de l’autogreffe, qui reste à ce jour la thérapie de référence pour les grandes pertes de substance osseuse. La forte mortalité (80-90%) des CSM dans les premiers jours post-implantation pourrait expliquer, en partie, leur efficacité thérapeutique limitée. Cette mortalité cellulaire massive est probablement causée par l’implantation des CSM en milieu ischémique (pauvre en oxygène et nutriments), suite à l’absence de vascularisation dans les défauts osseux.

La communauté scientifique a longtemps attribué l’effet délétère de l’ischémie à la privation des cellules en oxygène, une molécule impliquée dans de nombreux mécanismes cellulaires (adhésion, prolifération, différenciation…). Ce paradigme est cependant remis en cause par des travaux récents du B3OA, qui suggèrent que le glucose (nutriment principal du métabolisme cellulaire) joue également un rôle majeur dans la survie des CSM après implantation. Ces travaux ont montré pour la première fois que l’apport exogène de glucose améliore la capacité des CSM à survivre dans un environnement quasi anoxique (privation complète d’oxygène et de nutriments). Ces études, non seulement, permettent de mieux appréhender les mécanismes mis en jeu lors de la mort des CSM après implantation, mais ouvrent également de nouvelles voies pour améliorer l’efficacité thérapeutique des CSM. Le laboratoire travaille notamment sur le développement de matériaux libérant du glucose au site d’implantation, qui pourrait être utilisé non seulement pour la réparation osseuse, mais aussi pour d’autres applications des CSM (cœur, cartilage…).

Modèles CAO d'implant avec différentes architectures

Il existe plusieurs biomatériaux utilisés comme supports poreux pour les CSM. Les céramiques de phosphate de calcium sont parmi les plus populaires pour combler les défauts osseux en raison de leur biocompatibilité, de leur composition (semblable à la phase inorganique de l’os), et de leur caractère ostéoconducteur. L’architecture de ces matériaux, en régulant l’invasion cellulaire et le transport des nutriments, est en fait un paramètre clé pour le succès de l’ingénierie tissulaire osseuse.

Les techniques conventionnelles de fabrication, manquant de reproductibilité et de contrôle de la macro-architecture de l’implant, ont empêché, jusqu’à présent, l’exploration d’architectures complexes favorisant l’invasion cellulaire et le transport des nutriments. Les progrès de la fabrication d’additive ont toutefois permis de surmonter cet obstacle.

Un projet mené au B3OA, en collaboration avec l’école des Mines de Saint-Etienne, a pour but d’optimiser l’architecture interne des implants afin d’améliorer la survie des CSM  au sein de l’implant et ainsi augmenter le potentiel de réparation des produits d’ingénierie tissulaire osseuse.

Publications illustrant le projet

Deschepper M, Manassero M, Oudina K, Paquet J, Monfoulet LE, Bensidhoum M, Logeart-Avramoglou D, Petite H. Proangiogenic and prosurvival functions of glucose in human mesenchymal stem cells upon transplantation. Stem Cells. 2013 ;31(3):526-35. Lien vers la publication .

Moya A, Larochette N, Paquet J, Deschepper M, Bensidhoum M, Izzo V, Kroemer G, Petite H, Logeart-Avramoglou D. Quiescence Preconditioned Human Multipotent Stromal Cells Adopt a Metabolic Profile Favorable for Enhanced Survival under Ischemia. Stem Cells. 2017 ;35(1):181-196. Lien vers la publication .

Collaborateurs