Adipose-Derived Stem Cells (ADSC) : extraction, caractérisation et potentiel d’utilisation en régénération nerveuse, osseuse et cutanée

Adipose-derived stem cells (ADSCs) : extraction, characterization and potential use in nerve, bone and skin regeneration

• Auteur / Autrice : David Guillier
• Direction : Céline Viennet, Gwenaël Rolin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine, biochimie, biologie cellulaire et moléculaire, physiologie et nutrition
• Date : Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions hôte-greffon-tumeur et ingénierie cellulaire et tissulaire (RIGHT) (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Jacquin-Piques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pietro Di Summa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Abdel-Sayed, Ali Mojallal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régénération (biologie)

Peau

Chirurgie plastique

Os -- Régénération (biologie)

Système nerveux -- Régénération (biologie)

Biomatériaux

Tissu adipeux

Cellules souches

Mots clés libres

ADSC

Biomatériau

Matrice

Peau perfusée ex-Vivo

Régénération nerveuse

Régénération osseuse

Bone régénération

Ex-Vivo perfused skin

Nerve regeneration

Scaffold

Résumé

Le tissu adipeux de l’Homme est un réel organe dynamique dont l’intérêt en chirurgie est grandissant. Sa composante sous cutanée, dense en adipocytes, se compose d’un stroma riche en cellules souches mésenchymateuses. Les ADSC (cellules souches mésenchymateuses dérivées du tissus adipeux ou Adipose-derived Stem cells) peuvent en être isolées au laboratoire après digestion enzymatique, ou mécaniquement (émulsification mécanique et nanofat), les rendant disponibles immédiatement au bloc opératoire. La pluripotence des ADSC en fait un atout majeur pour leur utilisation en médecine régénératrice.La chirurgie plastique est amenée à réparer des défects pouvant, entre autres, affecter les tissus nerveux périphérique, osseux et cutané. Ainsi, la lipoaspiration, geste chirurgical effectué quotidiennement au bloc opératoire, offre la possibilité de disposer de lipoaspirat issu du tissu adipeux sous cutané, potentiellement riche en ADSC. Ainsi, après avoir réalisé une revue de la littérature recensant 51 marqueurs phénotypiques depuis 2006, 5 marqueurs différenciants se démarquaient depuis les dernières recommandations de 2019 : CD34-, CD45-, CD73+, CD90+ et CD105+. Alors, nous avons appliqué cette nouvelle stratégie à une cohorte de 21 patients en analysant la cellularité en ADSC de la Fraction Vasculaire Stromale (SVF) selon la technique, l’âge, le sexe, la localisation et l’indice de masse corporelle. Ensuite, la culture cellulaire avait pour but de confirmer la fonctionnalité des ADSC en comparant la production d’IL-6 et de TNF- dans 4 sous populations issus de lipoaspirats. Les variations phénotypiques secondaires à l’amplification cellulaire étaient observées. L’objectif suivant était d’user de la pluripotence des ADSC dans 3 indications : différenciation neurogène, ostéogénique et cutanée.Ainsi, le potentiel neurogénique des ADSC contenus dans la SVF isolée mécaniquement (nanofat) était étudié dans la repousse nerveuse. Pour cela, un défect de nerf sciatique chez le rat était reconstruit à l’aide d’un neurotube de chitosan, associé ou non à l’adjonction d’ADSC. L’environnement favorable à une repousse nerveuse médiée par l’ajout de nanofat était objectivé, entre autres, par analyses histologiques et immunohistochimiques (PGP9.5 et protéine S100).Ensuite, la différenciation ostéoblastique était étudiée après culture cellulaire 3D des ADSC sur une matrice osseuse commerciale. La production d’hydroxyapatite et d’ostéocalcine supportaient la preuve d’une différenciation ostéogénique des ADSC.Enfin, nous avons développé un modèle d’étude de peau humaine isolée et perfusée viable pendant 5 jours, support d’études futures entre ADSC et matrice dermique équivalente. Ainsi, une revue de la littérature étudiait les caractérisations biomécaniques de ce type de biomatériaux (electrospinnés) comme substitut cutané.

Human adipose tissue is a truly dynamic organ with an increasing interest in surgery. Its subcutaneous component, dense in adipocytes, is composed of a stroma rich in mesenchymal stem cells. Adipose-derived stem cells (ADSCs) can be isolated from this stroma after enzymatic digestion in the laboratory, or mechanically (mechanical emulsification and nanofat), making them immediately available at the operating room. Moreover, t ADSCs pluripotency makes them a major asset for use in regenerative medicine.Plastic and reconstructive surgery is required to repair defects that can affect peripheral nerve, bone and skin tissue. Liposuction, a surgical procedure performed daily at the operating room, offers the possibility of using liposuction from subcutaneous adipose tissue, which is potentially rich in ADSCs. So, after carrying out a literature review listing 51 phenotypic markers since 2006, 5 different markers stood out since the latest 2019 recommendations: CD34-, CD45-, CD73+, CD90+and CD105+. We therefore took up this new strategy in a cohort of 21 patients by analyzing the cellularity of Stromal Vascular Fraction (SVF) in ADSC according to technique, age, sex, location and body mass index. Cell culture was then used to confirm ADSC functionality by comparing IL-6 and TNF-a production in 4 sub-populations derived from lipoaspirates. Phenotypic variations secondary to cell amplification were observed. The next objective was to use the pluripotency of ADSCs in 3 indications: neurogenic, osteogenic and cutaneous differentiation.The neurogenic potential of ADSCs contained in mechanically isolated SVF (nanofat) was studied in nerve regrowth. A rat sciatic nerve defect was reconstructed using a chitosan neurotube, with or without the addition of ADSCs. The favorable environment for nerve regrowth mediated by the addition of nanofat was assessed by histological and immunohistochemical analyses (PGP9.5 and S100 protein).Osteoblastic differentiation was then studied after 3D cell culture of ADSCs on commercially available bone matrix. Production of hydroxyapatite and osteocalcin supported evidence of osteogenic differentiation.Finally, we developed an ex vivo model of isolated and perfused human skin viable for 5 days, to support future studies between ADSCs and dermal matrix equivalent. A review of the literature looked at the biomechanical characterizations of such electrospun biomaterials as skin substitutes.