Cellules souches mésenchymateuses humaines de sang de cordon ombilical, chondrogenèse et ingénierie du cartilage articulaire

Mesenchymal stem cells of human umbilical cord blood, chondrogenesis and cartilage engineering

• Auteur / Autrice : Tangni Elisa Leduc
• Direction : Magali Demoor, Philippe Galéra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microenvironnement cellulaire et pathologies (Caen)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Allouche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magali Demoor, Philippe Galéra, Stéphane Allouche, Mohamed Ouzzine, Patricia Albanese, Jérôme Lafont
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mohamed Ouzzine, Patricia Albanese

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie tissulaire

Sang de cordon ombilical

Chondrogenèse

Thérapeutique

Arthrose

Différenciation (biologie)

Cellules stromales mésenchymateuses

Résumé

L’arthrose est une maladie articulaire chronique invalidante très fréquente. Son traitement n'empêche pas l'évolution de la maladie et, dans les stades avancés, elle peut conduire à la mise en place d’une prothèse. Néanmoins, les pertes de substance chondrale de tailles limitées peuvent être traitées par la transplantation de chondrocytes autologues. Cependant, le processus chirurgical est traumatique et l’amplification des chondrocytes aboutit à leur dédifférenciation et à la formation d’un fibrocartilage. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) pourraient aider à traiter les défauts du cartilage. Notre étude porte, en effet, sur le potentiel de différenciation chondrogénique des CSMs issues du sang de cordon ombilical (SCO) humain et sur la stabilisation du phénotype en utilisant une approche novatrice combinant une culture en 3D dans des éponges de collagènes de types I/III, des facteurs chondrogéniques BMP-2 ± TGF-β1 et l’hypoxie. Nos résultats indiquent que les CSMs-SCO possèdent une forte capacité de prolifération, un caryotype normal et une forte capacité de différenciation vers la lignée ostéoblastique mais limitée concernant la différenciation en adipocytes. Les CSMs-SCO s’engagent dans la voie chondrogénique avec des nuances selon le facteur de croissance ou la tension d’oxygène utilisée. Ainsi, la culture 3D des CSMs-SCO in vitro doit commencer en normoxie afin d’obtenir une différenciation chondrogénique optimale avant de se poursuivre en hypoxie pour stabiliser le phénotype. Notre modèle de culture permet la différenciation efficace des CSMs-SCO en chondrocytes, ces dernières pourraient être une source utilisable en ingénierie tissulaire du cartilage.

Osteoarthritis, a common joint disease, often results in a total prosthetic joint replacement, while limited size injuries can be treated with autologous chondrocyte implantation. This technique presents many limitations including traumatic chirurgical process and poor chondrocytes recovery. Mesenchymal stem cells (MSCs) are of main interest as a promising cell source to treat articular cartilage defects. The aim of our study was, first, to determine the chondrogenic differentiation potential of human umbilical cord blood mesenchymal stem cells (UCB-MSCs) and, then, to stabilize the phenotype using an innovative approach combining type I/III collagens sponges 3D-culture, BMP-2 ± TGF-β1 chondrogenic factors and hypoxia. Our results demonstrate that UCB-MSCs have a high proliferative capacity and a normal karyotype. Cells also present a high capacity of differentiation into the osteoblast lineage but a limited one concerning adipogenesis. Our results show that the UCB-MSCs can be committed in the chondrogenic pathway but with a nuance according to the growth factor or oxygen tension used. Finally, our work demonstrates that oxygen tension is a key factor for chondrogenic differentiation. In this sense, our results specifically suggest that the UBC-MSCs culture in vitro in 3D must begin in normoxic conditions in order to obtain a more efficient chondrogenic differentiation before placing them in hypoxia conditions to stabilize the phenotype before implantation. Our study thus demonstrates that our innovative culture model allows efficient chondrogenic differentiation, and that UCB-MSCs could be a reliable source for cartilage tissue engineering.