Contributions to the optimisation of the osteogenic Potential of human mesenchymal stem cells seeded on Carbonate calcium scaffold : in vitro and in vivo studies

par Martina Sladkova

Thèse de doctorat en Biologie de l'os, des articulations et biomatériaux des tissus calcifiés

Sous la direction de Hervé Petite.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .

  • Titre traduit

    Contributions à l'optimisation du potentiel ostéogène de cellules souches mésenchymateuses humaines associées à une matrice de carbonate de calcium : études in vitro et in vivo


  • Résumé

    Afin de traiter les grandes pertes de substance osseuse, l'ingenierie tissulaire propose de construire ex vivo des substituts tissulaires ostéogènes composés de cellules souches ensemencées sur un support ostéoconducteur. La présente thèse a été conçue pour mieux comprendre et optimiser le potentiel ostéogene de tels substituts tissulaires. Nous avons tout d'abord étudié l'influence de l'application d'un flux sur la prolifération et la différenciation de cellules souches mesenchymateuses humaines (hcsms) et de progeniteurs mesodermiques issues d'une lignée de cellules souches embryonnaires humaines (hes-mps) ensemencées sur des cubes de corail et cultivées en bioréacteur. Nous avons ensuite évalué le potentiel ostéogene de substituts tissulaires HCSMS/corail cultivés en bioréacteur dans un modèle ectopique murin. A notre grande surprise, ces substituts tissulaires n'étaient pas ostéogenes. Notre hypothèse a été que la taille du support en corail n'était pas optimale pour permettre l'expression du potentiel ostéogène des HCSMS. Cette hypothèse nous a conduits a évaluer l'influence de la taille des particules de corail sur le potentiel ostéogene des HCSMS. Nous avons ainsi pu observer que les potentiels ostéo- et hemato-inducteur des HCSMS était directement dépendant de la taille des particules. De plus, la mort massive des HCSMS apres implantation n'était pas un obstacle à la formation osseuse. Enfin, une analyse détaillée a montre que la distance inter-particulaire ainsi que la resorption du corail étaient des paramètres déterminants des potentiels ostéo- et hemato-inducteur de HCSMS.


  • Résumé

    Tissue engineering (te) aims at obtaining functional tissues by combining cells with a scaffold. Because of their expansion potential, ability to differentiate into various phenotypes, paracrine effects, and immune-modulatory properties, mesenchymal stromal cells (mscs) are a very promising cell type for repairing damaged bone. The efficacy of te in experimental and clinical studies, however, has been less than optimal and remains inferior to that of autologous bone grafts, the gold standard. The present thesis was designed to better understand and optimize the osteogenic potential of such tissue constructs. First, we studied the effect of fluid flow application on the proliferation and differentiation of hmscs and mesodermal progenitors derived from the human embryonic stem cell line (hes-mps) loaded onto coral cubes and cultivated in a bioreactor. Then, we evaluated in an ectopic mouse model the osteogenic potential of hmscs/coral constructs cultured in the bioreactor. Surprisingly, these tissue constructs were not osteogenic. We hypothesized that scaffold size was not optimal for hmscs to express their osteogenic potential. We therefore evaluated the effect of the size of coral particles on the osteogenic potential of hmscs. In this ectopic model, the osteogenic-and hematopoietic-inductive potentials of hmscs were directly dependent on the particle size. Moreover, bone formation was not prevented by massive death of hmscs post-implantation. Last but not least, the detailed histological and micro-ct analysis showed that both the inter-particular distance and coral resorption were critical parameters of the osteogenic-and hematopoietic-inductive potentials of HCSMS.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (233 f.)
  • Annexes : 242 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2013) 043
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