Etude du potentiel immunomodulateur et/ou migratoire des cellules souches/stromales mésenchymateuses issues de la gelée de Wharton dans un contexte d’ingénierie tissulaire et de thérapie cellulaire

Study of the immunomodulatory and/or migratory potential of mesenchymal stem/stromal cells derived from Wharton's jelly in tissue engineering and cell therapy

• Auteur / Autrice : Charlotte Voisin
• Direction : Céline Gigant-Huselstein, Danièle Bensoussan-Lejzerowicz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• 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 Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Gigant-Huselstein, Danièle Bensoussan-Lejzerowicz, Florence Sabatier-Malaterre, Frédéric Pene, Cédric Boura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Sabatier-Malaterre, Frédéric Pene

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie tissulaire

Régénération (biologie)

Cartilage

Cellules stromales mésenchymateuses

Mots clés libres

Cellules souches/ stromales mésenchymateuses

Gelée de Wharton

Régénération

Migration

Préconditionnement

Mesenchymal stem/ stromal cells

Wharton's jelly

Regeneration

Migration

Preconditioning

Résumé

Les cellules souches/stromales mésenchymateuses (CSM) sont étudiées depuis maintenant 45 ans pour leurs propriétés de différenciation/régénération et d’immunomodulation. Les CSM peuvent provenir de nombreux tissus, comme la moelle osseuse, le tissu adipeux, le cordon ombilical ou encore la gelée de Wharton issu de ce dernier. Elles sont examinées dans le but d’être appliquées dans les domaines de l’ingénierie tissulaire et de la thérapie cellulaire. Dans cette étude, nous nous focalisons sur la régénération du cartilage ainsi que la diminution de pathologies inflammatoires via l’utilisation de CSM issues de la gelée de Wharton (GW).Le problème constaté en ingénierie tissulaire est que le cartilage est un tissu ayant un faible potentiel de reconstruction, tandis qu’en thérapie cellulaire un problème de migration se manifeste. Effectivement, après leur injection peu de cellules atteignent finalement le site inflammatoire/ lésé.Le premier objectif de ce projet a été de cultiver en conditions de grade clinique, les CSM-GW, dans un biomatériau constitué d’alginate enrichi en acide hyaluronique (Alg/HA), afin d’engager une différenciation chondrogénique. En parallèle de cela, de l’Interféron-γ (INF-γ) associé au Tumor Necrosis α (TNFα) ont été appliqués dans l’environnement cellulaire afin de mimer un contexte allogénique. Le second objectif fut d’étudier ainsi qu’optimiser les propriétés de migration des CSM tout en maintenant des propriété immunomodulatrices optimales. Pour cela, des préconditionnements ont été appliqués aux cellules : de l’INF-γ/ TNFα, du Lipopolysaccharides (LPS), de l'acide polyinosinique-polycytidylique (Poly I :C) ainsi que du Stromal cell-derived factor 1 (SDF1). Les résultats montrent que les CSM-GW en monocouche ainsi qu’en biomatériaux d’Alg/HA apparaissent non immunogènes ainsi qu’immunomodulatrices lorsqu’elles sont en coculture avec des lymphocyte T. Un début de différenciation chondrocytaire a pu être observé après 28 jours de culture des CSM en biomatériau. Le préconditionnement à l’INF-γ/ TNFα permet aux CSM-GW d’exprimer plus fortement les molécules immunomodulatrices (PD-L1 membranaire et soluble, IL-6 et IL-8) tandis que les préconditionnements aux LPS et SDF améliorent les propriétés migratoires des CSM-GW. Pour conclure, les CSM-GW semblent favorable pour leur utilisation en condition allogénique. Nos études montrent que les CSM-GW pourraient être utilisées in situ pour la régénération du cartilage mais aussi injectée pour contrer l’inflammation dans la maladie du greffon contre l’hôte, le sepsis ou encore la COVID19. Ainsi cela conforte leur application en tant que médicament de thérapie innovante (MTI).

Mesenchymal stem/stromal cells (MSC) have been studied for 45 years for their differentiation/regeneration and immunomodulation properties. They can be derived from many tissues, such as bone marrow, adipose tissue, umbilical cord or even Wharton's jelly derived from the latter. They are examined with the aim of being applied in the fields of tissue engineering and cell therapy. In this study, we focus on the regeneration of cartilage and the reduction of inflammatory pathologies with MSC derived from Wharton's Jelly (WJ).The problem in tissue engineering is that cartilage is a tissue with a low reconstruction potential, while in cell therapy a migration problem occurs. Indeed, after their injection few cells finally reach the inflammatory/injured site.The first objective of this project was to cultivate in clinical grade conditions, the MSC-WJ, in a biomaterial constituted of alginate enriched in hyaluronic acid (Alg/HA), to initiate a chondrogenic differentiation. In parallel, Interferon-γ (INF-γ) associated with Tumor Necrosis α (TNFα) were applied in the cellular environment to mimic an allogeneic context. The second objective was to study and optimize the migration properties of MSC while maintaining optimal immunomodulatory properties. For this purpose, preconditioning was applied to cells: INF-γ/ TNFα, Lipopolysaccharides (LPS), Polyinosinic-polycytidylic acid (Poly I:C) and Stromal cell-derived factor 1 (SDF1). The results show that MSC-WJ in monolayers as well as in Alg/HA biomaterials appear non-immunogenic as well as immunomodulatory when cocultured with T lymphocytes. The beginning of chondrocyte differentiation could be observed after 28 days of culture of MSC in biomaterial. Preconditioning with INF-γ/ TNFα allows MSC-WJ to express more strongly immunomodulatory molecules (membrane and soluble PD-L1, IL-6 and IL-8) while preconditioning with LPS and SDF improves the migratory properties of MSC-WJ. In conclusion, MSC-WJ seem favorable for their use in allogeneic conditions. Our studies show that they could be used in situ for cartilage regeneration but also injected to stop inflammation in graft-versus-host disease, sepsis or COVID19. This confirms their application as an advanced therapy medicinal product (ATMP).