Application des cellules souches mésenchymateuses dans la réparation osseuse : étude expérimentale et potentiel thérapeutique
Institution:
BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Mesenchymal stem cells (MSC) are able to generate mesenchyme differentiated cells : osteoblasts, adipocytes, bone marrow (BM), stromacytes,. . . MSC are found in adult's BM, adipose tissue, muscle. . . This study consists elaborating a cell therapy product for bone repair by associating a " stem cell potential " to a biomaterial. This work, initialized at Besançon ITBC (Ingénierie et Biologie Cellulaire et Tissulaire) under the direction of Pr Hervé et Dr Deschaseaux, consisted to study MSC from BM, predilection tissue. We have directly selected MSC from human BM by using an immunomagnetic cell sorting to facilitate in vitro characterization. We have then adapted this cell sorting to rodent BM in order to study in vivo osteogenic potential MSC in : i) Tissue inflammation model : syngenic administration of MSC by intravenous infusion in lethal irradiated mice ; ii) Osteogenic model (subcutaneous implantation) : association of sorted MSC to a bi-phasic synthetic hydroxyapatite/tricalcium phosphate ceramic (Triosite®, Zimmer, Biomatlante). Results have shown that selected MSC were able to homing into irradiated mice BM and to endure three months after administration. Osteogenic results have shown that biphasic ceramic did not allow efficient bone reconstruction. The study, secondly performed at the TBF company (Tissue Bank of France, Mions (69)) under the direction of Drs Barnouin and Laganier, consisted to select and osteo-differentiated MSC from human adipose tissue, tissue available in unlimited quantity and whose collection generates little or no morbidity. The MSC were cultivated on viroinactived, lyophilized and radiosterilized human bone allograft (Phoenix®, TBF) in osteoinduction medium. Results have shown that this bone substitute was efficiently tolerated by MSC which were able to locally generate a mineralized tissue. We have then evaluated the osteogenic potential of MSC cultivated on bone allograft in osteoinduction conditions and intramusculary implanted in nude rat (xenograft). Results have shown that human MSC were able to produce type I collagen preferentially localized in osteoblastic tissue. To elaborate a cell therapy protocol for bone repair, MSC were selected from rabbit adipose tissue and cultivated on bone allograft in osteoinduction conditions and implanted in a bone cranial defect. Results have shown osteoblastic tissue only in the defect filled with bone allograft and MSC in comparison with the defect filled with bone allograft alone. This study allowed us to choose adipose tissue as MSC source and bone allograft as an efficient support for bone repair by tissue engineering. A bone repair model associating MSC from adipose tissue and bone allograft is currently developed in the large animal model (sheep) with Dr Petite.
Abstract FR:
Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont des cellules capables de générer des cellules différenciées du mésenchyme : ostéoblastes, adipocytes, stromacytes de moelle osseuse (MO),. . . Les CSM sont retrouvées chez l'adulte au niveau de la MO, du tissu adipeux, du muscle,. . . Les essais décrits dans ce rapport consistent à mettre au point un produit de thérapie cellulaire destiné à la réparation osseuse en associant un potentiel " cellule souche " à un biomatériau. Les premiers travaux, réalisés à l'IBTC (Ingénierie et Biologie Cellulaire et Tissulaire) de Besançon sous la direction du Pr Hervé et du Pr Deschaseaux, ont consisté à étudier les CSM issues de MO, tissu de prédilection. Nous avons pour cela sélectionné les CSM de MO humaine à l'aide d'un tri immunomagnétique afin de pouvoir les caractériser in vitro plus aisément. Nous avons ensuite adapté le tri immunomagnétique des CSM à la MO de souris afin de pouvoir étudier le potentiel ostéogénique in vivo des CSM triées dans un : i) Modèle d'inflammation tissulaire : greffe syngénique de CSM triées par injection intraveineuse chez des souris irradiées de manière létale ; ii) Modèle d'ostéogénie (greffe en sous-cutanée) : association de CSM triées à une céramique de synthèse biphasée hydroxyapatite/tricalcium de phosphate (Triosite®, Zimmer, Biomatlante). Les résultats ont montré que les CSM triées étaient capables de se localiser dans la MO des souris irradiées et de perdurer trois mois après la greffe. Les résultats d'ostéogénie ont montré que la céramique biphasée n'a pas répondu au cahier des charges. Les travaux réalisés dans un second temps, au sein de la société TBF (Tissue Bank of France, Mions (69)) sous la direction des Drs Barnouin et Laganier, ont consisté à sélectionner et ostéo-différencier les CSM issues de tissu adipeux humain, tissu disponible en quantité illimité et dont le prélèvement engendre peu ou pas de morbidité. Les CSM ont été cultivées sur une allogreffe osseuse humaine viroinactivée, lyophilisée et radiostérilisée (Phoenix®, TBF) en milieu de culture ostéoinducteur. Les résultats ont montré que ce substitut osseux était très bien toléré par les CSM qui étaient capables de générer localement un tissu minéralisé. Les essais suivants ont consisté à tester le potentiel d'ostéogénie des CSM humaines cultivées sur l'allogreffe osseuse Phoenix® en milieu ostéoinducteur et implantées en intra-musculaire chez le rat nude (xénogreffe). Les résultats ont montré que les CSM humaines étaient capables de produire du collagène de type I principalement localisé au niveau d'un tissu de type ostéoblastique. Pour mimer un protocole de thérapie cellulaire de réparation osseuse, les CSM issues de tissu adipeux de lapin ont été cultivées à une allogreffe osseuse de lapin en milieu ostéoinducteur et implantées dans un défaut osseux crânien. Les résultats ont montré la présence d'un tissu néoformé osseux pour les défauts osseux comblés à l'aide d'allogreffe associée aux CSM par rapport à l'allogreffe seule. L'ensemble de ces données nous a permis de sélectionner le tissu adipeux comme source de CSM et l'allogreffe osseuse comme support propice à la reconstruction osseuse dans un protocole de thérapie cellulaire. Un modèle de réparation osseuse associant les CSM issues de tissu adipeux et l'allogreffe osseuse est actuellement développé chez le gros animal (brebis) en collaboration avec le Dr Petite.