Recherche translationnelle appliquée au cartilage : approche multifactorielle combinant chondrocytes humains, facteurs de différenciation, biomatériaux et bioréacteurs pour la reconstruction du cartilage hyalin

Translational research for cartilage repair : multifactorial approach combining human chondrocytes, differentiation factors, biomaterials and bioreactors for the reconstruction of hyaline cartilage

• Auteur / Autrice : Nathalie Mayer
• Direction : Frédéric Mallein-Gérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 25/06/2014
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Hartmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Viguier, Olivier Chassande
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Vico-Pouget, Hervé Petite

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioréacteurs

Biomatériaux

Génie tissulaire

Cartilage

Mots clés libres

Cartilage

Ingénierie tissulaire

Biomatériaux

Bioréacteurs

BMP-2

Cartilage

Tissue engineering

Biomaterials

Bioreactors

BMP-2

Résumé

Les lésions de cartilage ne cicatrisent pas spontanément et la réparation de ce tissu est un challenge. Les techniques chirurgicales restant insatisfaisantes, la thérapie cellulaire et l'ingénierie tissulaire sont maintenant envisagées. La transplantation de chondrocytes autologues (TCA) existe déjà mais cette procédure nécessite l'amplification des chondrocytes qui s'accompagne d'une perte du phénotype différencié (dont l'indicateur est le collagène de type II), au profit d'un phénotype fibroblastique (dont l'indicateur est le collagène de type I, retrouvé dans les tissus fibreux). La TCA conduit donc à une greffe de chondrocytes dédifférenciés produisant un fibrocartilage, dont les propriétés mécaniques sont différentes du cartilage hyalin natif. L'objectif de mes travaux était de développer un nouveau kit d'ingénierie tissulaire du cartilage par association de chondrocytes humains, de biomatériaux et d'une sélection de facteurs solubles. Nous avons utilisé le cocktail FGF-2/insuline (FI) pour l'amplification cellulaire et le cocktail BMP-2/insuline/T3 (BIT) pour redifférencier les chondrocytes dans des éponges de collagène. Nos résultats ont montré que cette combinaison permet la synthèse d'une matrice cartilagineuse dans les supports collagène. Cependant, cette synthèse s'est trouvée favorisée en périphérie des éponges cultivées en conditions statiques. Nous avons ensuite utilisé un bioréacteur pour perfuser les éponges et nos résultats ont révélé alors un dépôt plus homogène de cartilage dans ces supports. De manière très intéressante, nous avons aussi observé l'arrêt de l'expression du collagène de type I. Ainsi, notre approche multifactorielle combinant des chondrocytes humains, des biomatériaux collagène, une combinaison FI-BIT et une culture en perfusion permet la reconstruction d'un cartilage non fibrotique

Cartilage lesions are irreversible and cartilage repair is challenging. Actual surgical techniques remain unsatisfactory and therefore, cell therapy and tissue engineering approaches are now considered. The Autologous Chondrocytes Transplantation (ACT) already exists but this procedure requires chondrocytes amplification. During this amplification, a dedifferentiation process occurs: chondrocytes lose their differentiated phenotype (characterized by type II collagen) towards a fibroblastic phenotype (characterized by type I collagen, a component of fibrous tissues). ACT leads to the graft of dedifferentiated chondrocytes, hence provoking the production of a fibrocartilage that presents different mechanical properties than native hyaline cartilage. The aim of my work was to develop a new kit of tissue engineering for cartilage repair using human chondrocytes, biomaterials and a selection of soluble factors. We used a cocktail of FGF-2 and insulin (FI) for cell amplification and a cocktail of BMP-2, insulin and T3 (BIT) for chondrocyte redifferentiation in collagen sponges. Our results showed that the combination allows the synthesis of a cartilaginous matrix in collagen scaffolds. However, matrix production is favored in periphery of the sponges cultivated in static conditions. A perfusion bioreactor was then used to perfuse the sponges and our results revealed a more homogeneous deposition of cartilage in the scaffolds. Very interestingly, we also noticed a stop of type I collagen expression. Thus, our multifactorial approach combining human chondrocytes, collagen scaffold, the combination FI-BIT and culture under perfusion allows the reconstruction of a non-fibrotic cartilage