Neuronal commitment of Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells for brain regenerative medicine

par Claire Perruisseau-Carrier

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Guy Mouchiroud.

Le président du jury était Bénédicte Durand.

Le jury était composé de Guy Mouchiroud, Véronique Maguer-Satta.

Les rapporteurs étaient Marc Gabriel Berger, Sophie Chauvet.

  • Titre traduit

    La différentiation neuronale des cellules souches mésenchymateuses du cordon ombilical pour la médecine régénérative appliquée au cerveau


  • Résumé

    De nos jours, aucune prévention ou aucun remède efficace n'existe pour guérir les maladies du cerveau humain. Les cellules souches représentent un grand espoir pour la réparation et la régénération des tissus neuraux endommagés. L'objectif de cette thèse est d'évaluer la capacité des cellules souches du cordon ombilical humain (hUC MSCs) à se différencier en neurones, pour une thérapie cellulaire appliquée au cerveau. Nous avons isolé, multiplié et caractérisé les hUC MSCs naïves à l'échelle des gènes et des protéines. Ensuite, les e_ets sur l'expansion des hUC MSCs et leur différenciation neuronale de différents paramètres ont été évalués par qPCR et marquages immunologiques principalement: milieux et matrices de culture, oxygénation, culture en 3D, ainsi que divers facteurs et molécules tels que les microARNs. Les résultats montrent que les hUC MSCs prolifèrent mieux sans sérum et en conditions de normoxie du cerveau (1-5 % O2). Les hUC MSCs naïves semblent préparées à devenir des neurones à l'échelle des gènes et des protéines, mais pas suffisamment pour supporter leur complète différenciation. L'introduction de microARNs requiert des améliorations pour réguler efficacement les voies de signalisation des hUC MSCs. Au cours de cette étude, nous avons identifé les paramètres favorisant l'expansion des hUC MSCs dans des conditions compatibles avec la clinique. Cependant, une question reste ouverte: les hUC MSCs sont-elles capables de vraie transdifferentiation en neurones fonctionnels malgré les controverses? Des recherches supplémentaires sont nécessaires, mais cette étude constitue une première étape vers l'utilisation des hUC MSCs en médecine régénératrice du cerveau


  • Résumé

    Nowadays, no effective prevention or cure of human brain diseases is available. Stem cells hold great promise for the repair and regeneration of damaged neural tissues. This thesis aims to evaluate the potency of human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC MSCs) to be committed to the neuronal lineage, for brain cell-based therapy. To achieve this goal, naive hUC MSCs were isolated, expanded, and characterized at the gene and protein level, while particularly focusing on the neuronal lineage and clinical-grade culture conditions. Then, several parameters were investigated for hUC MSCs proliferation and neuronal commitment, including media, coatings, 3D culture, hypoxia, chemicals and molecules. Growth curves drawings, qPCRs, and immunostainings were used among other methods for identifying the best conditions for hUC MSCs expansion, differentiation, culture in 3D, and microRNAs delivery. The results indicate that hUC MSCs better proliferate in serum-free media and brain's normoxia condition (1-5 % O2). Naive hUC MSCs appear primed for neuronal fate at gene and protein level, but not su_ciently to support their neuronal di_erentiation. microRNAs delivery requires further improvement to efficiently promote neuronal signaling pathways in hUC MSCs. Along this study we identified the best parameters for hUC MSCs expansion in clinical-grade conditions. However, a question still remains: are hUC MSCs capable of full transdifferentiation towards functional neurons despite all controversies? Additional work is needed, but this study is a first step towards answering this question, bringing more clues to make transplantation of hUC MSCs for brain regenerative medicine closer

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