Caractérisation et étude des potentialités chondrogéniques des cellules souches mésenchymateuses d’origine synoviale pour le traitement des lésions focales et diffuses du cartilage

Characterization and study of synovial mesenchymal stem cells abilities in treatment of focal and diffuse lesions of cartilage

• Auteur / Autrice : Paul Neybecker
• Direction : Astrid Watrin-Pinzano, Christel Cournil-Henrionnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 23/10/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie moléculaire et physiopathologie articulaire (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Boucher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Astrid Watrin-Pinzano, Christel Cournil-Henrionnet, François Rannou, Delphine Logeart, Pierre Gillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Rannou, Delphine Logeart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arthrose

Synovie

Chondrocytes

Cartilage

Cellules stromales mésenchymateuses

Génie tissulaire

Mots clés libres

Cartilage

Arthrose

Cellules souches mésenchymateuses

Différenciation chondrogénique

Ingénierie tissulaire

Liquide synovial

Cartilage

Osteoarthritis

Mesenchymal stem cells

Chondrogenic differentiation

Tissue engineering

Synovial fluid

Résumé

Le cartilage articulaire est un tissu avasculaire et non innervé, ce qui lui confère des capacités de réparation très limitées. Les traitements chirurgicaux actuels ne permettent pas d’obtenir un tissu de réparation similaire au cartilage natif. Les recherches s’orientent depuis de nombreuses années vers l’ingénierie cellulaire et tissulaire du cartilage selon le type de lésions à traiter, focale ou diffuse. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) constituent une source cellulaire intéressante pour l’ingénierie du cartilage. Elles sont facilement accessibles et ont des potentialités de différenciation chondrogénique. Les CSMs issues de la moelle osseuse sont les plus étudiées et constituent la référence. D’autres sources de CSMs sont également très prometteuses. Notre choix s’est porté sur les CSMs issues de la membrane et du liquide synovial. Ces deux tissus articulaires présentent l’avantage de pouvoir être prélevés facilement lors d’un examen arthroscopique et leurs CSMs sont adaptées au microenvironnement (hypoxie, inflammation) de l’articulation. Ce travail a porté sur l’étude de deux sources cellulaires d’origine synoviale dans le traitement des lésions focales et diffuses du cartilage. Ces CSMs d’origine synoviale ont d’abord été caractérisées selon leurs phénotypes et leurs capacités de différenciation vers les voies ostéogénique, adipogénique et chondrogénique, par rapport aux CSMs issues de la moelle osseuse. Ensuite, les capacités chondrogéniques de ces CSMs synoviales destinées à produire un substitut cartilagineux consacré aux traitements des lésions focales du cartilage articulaire ont été étudiées. Les CSMs ont été ensemencées dans un biomatériau collagénique et différentes conditions environnementales (facteurs de croissance et oxymétrie) ont été évaluées afin de définir les conditions de culture les plus appropriées. La chondrogenèse a été induite avec succès par l’utilisation de facteurs de croissance tels que TGF-1 et TGF-3 seuls ou en association avec la BMP-2. L’hypoxie n’a pas montré d’effet bénéfique sur la synthèse matricielle au sein des substituts cartilagineux. Enfin, nous avons évalué les capacités des CSMs issues du liquide synovial à traiter les lésions diffuses du cartilage induites par un modèle de section du ligament croisé antérieur chez le rat athymique. Les deux injections intra-articulaires de CSMs issues du liquide synovial à 1 et 2 semaines après chirurgie n’ont pas permis de prévenir les lésions arthrosiques.

Joint cartilage is avascular and not innervated, which gives it very limited repair capabilities. Current surgical treatments do not provide repair tissue similar to native cartilage. For many years, research has been focused on cellular and tissue engineering of cartilage depending on the type of lesions to be treated, focal or diffuse. Mesenchymal stem cells (MSCs) are an interesting cellular source for cartilage engineering. They are easily accessible and have the potential for chondrogenic differentiation. MSCs from bone marrow are the most studied and are the gold-standard. Other MSCs sources of are also very promising. We chose MSCs from the synovial membrane and synovial fluid. These both joint tissues have the advantage of being easily retrievable during arthroscopic examination and their MSCs are adapted to the microenvironment (hypoxia, inflammation) of the joint. This thesis work focused on the study of two cellular sources of synovial origin in the treatment of focal and diffuse cartilage lesions. These synovial-derived MSCs were first characterized according to their phenotypes and their ability to differentiate to the osteogenic, adipogenic and chondrogenic pathways, compared to bone marrow derived MSCs. Then, the chondrogenic capacities of these synovial MSCs to produce a cartilage substitute for the treatment of focal lesions of joint cartilage were studied. The MSCs were seeded in a collagenic biomaterial and different environmental conditions (growth factors and oximetry) were evaluated to define the most appropriate culture conditions. Chondrogenesis has been induced with success by the use of growth factors such as TGF-β1 or TGF-β3 alone or in combination with BMP-2. Hypoxia has not exerted a beneficial effect on matrix synthesis in cartilage substitutes.Finally, we evaluated the ability of CSMs from human synovial fluid to treat diffuse cartilage lesions induced by an anterior cruciate ligament section model in athymic rats. The two intra-articular injections of synovial fluid MSCs, 1 and 2 weeks after surgery did not prevent osteoarthritic lesions.