Cellules souches de la pulpe dentaire et matrice de collagène : une association au service de l’ingénierie tissulaire osseuse prévascularisée

Dental pulp stem cells and collagen matrix : an association for bone tissue engineering

• Auteur / Autrice : Charlène Kichenbrand
• Direction : Patrick Menu, Vanessa Moby-Stutzmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• 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 : Jean-Christophe Farges
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Menu, Vanessa Moby-Stutzmann, Sophie Gangloff, Maxime Ducret
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Christophe Farges, Sophie Gangloff

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Pulpe dentaire

Nanogels

Alginates

Hydroxyapatite

Collagène

Cellules stromales mésenchymateuses

Génie tissulaire

Mots clés libres

Ingénierie tissulaire osseuse

Cellules souches mésenchymateuses de la pulpe dentaire

Collagène

Hydroxyapatite

Alginate

Hydrogel

Bone tissue engineering

Dental pulp stem cells

Collagen

Hydroxyapatite

Alginate

Hydrogel

Résumé

Face à des pertes de substance osseuse de grande étendue dépassant les capacités naturelles de régénération de l’os natif, aucune solution thérapeutique, qu’il s’agisse de l’os autologue ou du l’utilisation de substituts osseux, n’est à ce jour pleinement satisfaisante, en particulier par l’absence de cellularisation du substitut et de sa vascularisation. La création d’un substitut osseux pré vascularisé en ingénierie tissulaire osseuse pourrait dépasser ces limites et autoriser une régénération tissulaire osseuse de qualité, favorisée par une vascularisation du greffon. Notre projet visait à développer ce substitut osseux pré vascularisé en combinant un biomatériau associant éponge de collagène et hydrogel d’alginate enrichi en hydroxyapatite (HA) et colonisé par des cellules souches mésenchymateuses de la pulpe dentaire (CSM-PD). La première partie de notre travail a permis de préciser les conditions environnementales pouvant être choisies pour l’utilisation des CSM-PD en ingénierie tissulaire osseuse, telles que la densité d’ensemencement, la teneur en glucose de l’environnement et le choix de nanovecteurs. Nous avons mis en lumière que les CSM-PD n’étaient pas impactées d’une part par des nanoliposomes de lécithine de colza (utilisables pour la vectorisation de molécules bioactives), et d’autre part qu’une faible teneur en glucose pouvait induire une différenciation ostéogénique de façon aussi performante qu’une forte teneur en glucose. La deuxième partie de notre travail a consisté en l’ensemencement des CSM-PD au sein de notre biomatériau innovant associant éponge de collagène et hydrogel d’alginate enrichi en HA. Nous avons observé une potentialisation des capacités de colonisation des biomatériaux et de la différenciation ostéogénique des CSM-PD et mis en évidence la présence de précurseurs de cellules endothéliales-like. Ces résultats encourageants mettent en lumière le potentiel d’utilisation des CSM-PD combinées à un biomatériau combinant collagène et hydrogel d’alginate enrichi en HA pour l’ingénierie osseuse pré-vascularisée.

Critical-size defects overcome the natural ability of the bone tissue to heal. Currently, all the therapeutics including autologous grafting are facing limitations. The answer could be provided by bone tissue engineering with the creation of a prevascularized bone substitute that could allow both revascularization of the graft and new bone formation. Our project aimed to develop this prevascularized bone substitute by combining dental pulp stem cells (DPSCs), and collagen matrix enriched with alginate and HA hydrogel. First, we highlighted the preferred experimental condition for the use of DPSCs in bone tissue engineering. We showed that DPSCs are not affected by lecithin rapeseed nanoliposomes (which can be used for the vectorization of bioactive molecules), and that a low glucose concentration can induce osteogenic differentiation as effectively as a high glucose concentration. Then, we seeded DPSCs in biomaterials composed of collagen matrix with alginate and HA hydrogels and obtained both osteogenic differentiation and endothelial-like cells in our constructs. We also showed that alginate/HA hydrogel had a booster effect on the cellular colonization and differentiation in our biomaterials compared to collagen alone. These encouraging results highlight the potential of DPSCs combined with a collagen and alginate-HA hydrogel composite construct in prevascularized bone tissue engineering.