Différenciation de cellules stromales médullaires et d'ostéoblastes humains dans un modèle de culture tridimensionnelle

Differentiation of human bone marrow stromal cells and osteoblasts in a reconstructed connective tissue

• Auteur / Autrice : Gregory Korb
• Direction : Bernard Pellat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Odontologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 5

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ostéoblastes

Cellules stromales médullaires

Résumé

La différenciation des ostéoblastes en culture bidimensionnelle suit un enchaînement bien défini avec l'expression séquentielle de marqueurs (phosphatase alcaline, ostéocalcine), le dépôt de la matrice collagénique et la formation de nodules minéralisés. . . Toutefois, les conditions de culture in vitro ne reproduisent pas complètement l'environnement in vivo beaucoup plus complexe. En effet, in-vivo, la matrice extra-cellulaire influence la migration, la prolifération, l'adhésion, la différenciation cellulaires. Les cellules peuvent, quant à elles, remodeler la matrice environnante, en exprimant des protéases pour la dégrader, ou en synthétisant des macromolécules conjonctives. Nous avons étudié après ensemencement dans des tissus conjonctifs reconstruits, les capacités de différenciation et de remodelage tissulaire de cellules stromales médullaires humaines et d'ostéoblastes issus de primo-culture dans un milieu contenant du p-glycérophosphate et de l'acide ascorbique-2-phosphate. Dans ce même modèle, nous avons aussi approché le comportement d'autres types cellulaires issus de lignées mésenchymateuses humaines ou murines établies. Nous montrons que dans ce contexte tissulaire reconstruit les ostéoblastes, mais surtout les cellules stromales médullaires prolifèrent, migrent, se différencient et expriment des marqueurs tels que Runx2, la phosphatase alcaline et la BMP2 ; remodèlent leur environnement (synthèse et dépôt de macromolécules matricielles telles que le Collagène I, la BSP, l'ostéocalcine, ou la décorine et expression de MMPs et de TIMPS ) ; minéralisent la matrice. Nous avons ainsi établi un nouveau modèle de différenciation ostéoblastique en mimant le contexte matriciel. Ce modèle de différenciation est une des étapes vers la conception d'un modèle tridimensionnel de co-culture avec des précurseurs ostéoclastiques afin de mimer et d'étudier in vitro le remodelage osseux.

The osteoblastic differentiation in 2D cultures follows a well defined program with the sequential expression of markers such as alkaline phosphatase, osteocalcin, collagenous matrix and mineralized nodules formations. . . However, 2D cultures can't be considered the reflect of an in vivo situation. In fact, in vivo, the extracellular matrix acts upon cellular migration, proliferation, adhesion and differentiation. Cells are able to restructure the environmental matrix by means of proteinases and also with synthesis of extracellular components. In this work, using reconstructed connective tissue after cell seeding, we studied the differentiation and the tissue remodeling due to stromal cells from human bone marrow and human osteoblasts stemed from primo-cultures in culture media containing or not Pglycerophosphate and ascorbic-2-phosphate. Using the same culture pattern, we have also investigated the comportment of other cells types from human mesenchymal lineage or from murine origin. In these conditions we evidenced with osteoblasts and mainly with stromal cells from medullar origin the following markers : Runx2, alkaline phosphatase and BMP2. These cells were able to remodel their micro-environment, we observed synthesis and deposit of extracellular matrix component such as collagen type I, BSP, osteocalcin, decorin, matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs). Furthermore extracellular matrix was mineralized. Thus, we were able to establish a new model of osteoblastic differentiation using a matricial context. This model can be considered one step leading to the design of 3D co-culture with osteoblastic precursor to follow in vitro bone remodeling.