Thérapie cellulaire de la peau : Étude des mécanismes moléculaires impliqués dans les procédés de production de peau humaine reconstituée à partir de dérivés de cellules souches pluripotentes

Cell Therapy for skin replacement : Study of the molecular mechanisms involved in the production of human skin reconstructed from pluripotent stem cell.

• Auteur / Autrice : Margot Jarrige
• Direction : Xavier Nissan, Christine Baldeschi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 04/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Cellules Souches pour le Traitement et l’Etude des maladies Monogéniques (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Petit-Teixeira
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent David, Olivier Goureau, Jerome Lamartine, Sophie Derenne
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent David, Olivier Goureau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches pluripotentes

Cellules

Peau

Mots clés libres

Thérapie cellulaire

Mécanismes moléculaires

Cellules pluripotentes humaines

Omiques

Peau

Cell therapy

Molecular mechanisms

Human stem cell

Omic's

Skin

Résumé

Ces dernières années, les cellules souches pluripotentes humaines ont suscité un immense intérêt dans le domaine de la thérapie cellulaire et de la médecine régénérative. Cependant, le défi majeur pour la translation clinique de ces thérapies réside dans l'établissement de contrôles qualité standardisés afin de surveiller efficacement la production. Les technologies ''OMICS'', qui englobent diverses analyses à grande échelle, offrent la possibilité d'identifier les acteurs clés et les voies moléculaires impliquées dans des processus dynamiques tels que la production cellulaire. Ces biomarqueurs peuvent ensuite être utilisés pour qualifier et contrôler le succès de la production cellulaire. Ainsi, au cours de cette thèse, l'objectif était de concevoir des méthodologies s'appuyant sur ces approches pour caractériser au niveau moléculaire des modèles cellulaires destinés à des applications cliniques. L'objectif final étant d'établir des contrôles qualité capables d'anticiper et de gérer les variations et les déviations, réduisant ainsi les coûts et garantissant la réussite du processus de différenciation. Pour valider cette approche, nous avons centré notre étude sur la différenciation de cellules pluripotentes en cellules de la peau, telles que les mélanocytes et les kératinocytes basaux. Ces processus sont actuellement évalués à l'Institut I-Stem pour la production cellulaire clinique destinée au traitement des atteintes cutanées.Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse visait à caractériser au niveau génomique et transcriptomique le protocole de différenciation des cellules pluripotentes humaines en mélanocytes. Ces analyses ont permis d'évaluer la stabilité génomique lors de l'expansion des mélanocytes et de développer un test adaptable à différents modèles cellulaires. Les analyses transcriptomiques ont révélé des gènes clés associés à ce processus, ouvrant ainsi la voie à leur évaluation et à leur suivi pour la qualification de la différenciation.Le deuxième objectif de cette étude était d'utiliser des analyses de séquençage de cellules uniques pour explorer l'hétérogénéité cellulaire de la différenciation des kératinocytes basaux dérivés de cellules pluripotentes humaines. Ces données ont été combinées avec des approches protéomiques afin d'identifier les acteurs clés de ce processus cellulaire. À la suite de ces analyses, nous nous sommes concentrés sur la modulation des protéines sécrétées dans le milieu de culture. Cette approche nous a permis d'identifier des marqueurs pertinents qui reflètent avec précision l'évolution de la production directement dans le surnageant cellulaire. Ces résultats offrent désormais la possibilité de mettre en place des contrôles qualité non invasifs pour la production de cellules dérivées de cellules pluripotentes humaines.

In recent years, human pluripotent stem cells have emerged as a promising tool for cellular therapy and regenerative medicine. However, a major challenge for the clinical translation of these therapies lies in the establishement of standardized quality controls to effectively monitor productions. ''OMICS'' technologies, encompassing various large-scale analyses, offer the potential to identify key players and molecular pathways involved in dynamic processes such as cell production. These biomarkers can then be used to qualify, control, and monitor cellular production. In this context, the main objective of this thesis was to develop methodologies based on these approaches to characterize at molecular level, cell models intended for clinical applications. The ultimate goal was to establish quality controls capable of anticipating and managing variations and deviations, reducing costs and ensuring the success of the differentiation process. To validate this approach, our study focused on the differentiation of pluripotent cells into skin cells such as melanocytes and basal keratinocytes. These processes are currently evaluated at the I-Stem Institute for clinical cell production for the treatment of skin disorders.In this context, the first objective of my thesis aimed to characterize at genomic and transcriptomic scale the differentiation of human pluripotent cells into melanocytes. These analyses allow to assess genomic stability during melanocyte expansion and to develop an adaptable test for various cell models. Transcriptomic analyses revealed key genes associated with this process, paving the way for their evaluation and monitoring for differentiation qualification.The second objective of this study was to use single-cell sequencing analyses to explore the cellular heterogeneity of keratinocyte differentiation derived from human pluripotent cells. These data were combined with proteomic approaches to identify key players of this cellular process. Following these analyses, we focused on the modulation of proteins secreted in the culture medium. This approach allowed to identify relevant markers that accurately reflect the evolution of production directly in the cellular supernatant. These results now provide the opportunity to establish non-invasive quality controls for the production of cells derived from human pluripotent cells.