Encapsulation de cellules stromales mésenchymateuses humaines dans les hydrogels polysaccharidiques : potentielle application dans le traitement de l'arthrose

Encapsulation of Human Mesenchymal Stromal Cells in polysaccharide hydrogels for a potential application in osteoarthritis treatment

• Auteur / Autrice : Fahd Hached
• Direction : Gaël Grimandi, Aurélie Billon Chabaud, Claire Vinatier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation technologique, santé publique
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Jury : Président / Présidente : Patrice Prognon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Odou, Sylvie Crauste-Manciet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Préparation de médicament

Thérapeutique cellulaire

Cellules stromales mésenchymateuses

Arthrose

Mots clés libres

Facteurs solubles

Résumé

Les traitements actuels de l’arthrose ne sont pas étiologiques. Il est alors nécessaire de développer de nouveaux axes thérapeutiques. L’utilisation des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) est prometteuse notamment en raison de leurs capacités immunomodulatrices. L’injection intra-articulaire des CSM présente quelques limites majeures qui pourraient être contournées par leur incorporation dans des biomatériaux. Cependant, le maintien des capacités immunomodulatrices des CSM après encapsulation n’a jamais été vérifié. Dans ce contexte, ce travail de thèse a consisté à encapsuler les CSM dans l’alginate et l’hydroxypropyl methylcellulose silanisée (HPMC-Si) puis à étudier leur biofonctionnalité. Dans un premier temps, une méthode de génération de particules d’HPMC-Si a été mise au point. Les particules d’alginate et d’HPMC-Si ont été caractérisées. La taille, les propriétés de diffusion et les propriétés mécaniques des particules fabriquées ont été analysées et comparées. Dans un second temps, les cellules ont été encapsulées dans les 2 matériaux puis caractérisées par une étude de leur viabilité et de leur prolifération pendant 1 mois. Enfin, le maintien des capacités immunomodulatrices des CSM après encapsulation a été investigué. Ces travaux de thèse ont permis de démontrer que : (i) les particules d’alginate et d’HPMC-Si possèdent des propriétés différentes ; (ii) les CSM encapsulées dans les 2 matériaux restent viables et (iii) l’encapsulation des CSM n’altère pas leurs capacités immunomodulatrices. Ces travaux de thèse sont ainsi encourageants pour une potentielle application des CSM encapsulées dans le traitement de l’arthrose.

Existing drug therapies for osteoarthritis (OA) provide, at best, symptomatic relief from pain and fail to prevent cartilage damage. Mesenchymal Stromal Cells (MSC) have generated interest since they secrete immunomodulatory factors. Direct injection of MSCs in OA suffers major limitations. To overcome these limitations, several studies have proposed to entrap MSC within biomaterials. However, their immunomodulatory properties after encapsulation have not been investigated. In this context, this work aimed to entrap MSC within spherical particles derived from alginate or from silanized hydroxypropyl methylcellulose (Si-HPMC) and to investigate their biofunctionality. First, a protocol of Si-HPMC particles generation was assessed. Alginate and Si-HPMC particles were characterized. Size, diffusion and mechanical properties of generated particles were studied and compared. Secondly, MSC were entrapped within alginate or Si- HPMC. Their viability and their ability to proliferate were evaluated for up to one month after encapsulation. Lastly, the biofunctionality of encapsulated MSC was investigated in order to harness their therapeutic properties for the treatment of OA. In summary, we have shown that: (i) alginate and Si-HPMC particles exhibit different properties; (ii) both alginate and Si-HPMC particles support MSC survival and (iii) MSC encapsulated in alginate or Si-HPMC are sensitive to pro-inflammatory cytokines and respond to this stimulation by increasing their secretion of bioactive factors. These findings are promising for a potential application of encapsulated MSC to OA treatment.