Étude des potentialités chondrogéniques des cellules souches mésenchymateuses, caracterisation et suivi en IRM du biomatériau fonctionnalisé

Study of the chondrogenic capacities of the mesenchymal stem cells, characterisation and MRI monitoring of the functionalised biomaterial

• Auteur / Autrice : Émilie Roeder
• Direction : Pierre Gillet, Astrid Watrin-Pinzano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 26/05/2014
• 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 : Olivier Beuf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Felblinger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Migonney, Hervé Petite

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie par résonance magnétique

Chondrogenèse

Cellules stromales mésenchymateuses

Médecine régénératrice

Génie tissulaire

Mots clés libres

Cartilage

Cellules souches

SPIO

IRM

In vivo

Cartilage

Stem cells

SPIO

MRI

In vivo

Résumé

Les lésions cartilagineuses survenant majoritairement dans un contexte de traumatisme, ne se réparent pas spontanément. Les traitements chirurgicaux et les techniques d'ingénierie cellulaire, utilisés en clinique, donnent des résultats perfectibles. L'ingénierie tissulaire du cartilage fait l'objet de nombreux travaux dans le but de produire au sein de la lésion un tissu de réparation dont les caractéristiques structurales et fonctionnelles sont similaires à celles du cartilage natif. Le diagnostic précoce de ces lésions et l'évaluation du tissu de réparation sont également des enjeux majeurs en orthopédie. L'IRM est une technique d'imagerie non invasive et à haute résolution permettant une évaluation du cartilage tant d'un point de vue architectural que biochimique en utilisant des séquences dédiées. En raison de leurs potentialités chondrogéniques, les cellules souches, provenant de différents tissus, sont une piste encourageante pour induire la régénération du cartilage lésé par des traumatismes articulaires. Des cellules provenant de différents tissus (moelle osseuse, membrane synoviale) ainsi que des chondrocytes dédifférenciés ont été ensemencés dans une structure tridimensionnelle poreuse à base de collagène I (éponge de collagène I) et soumis à un environnement chondrogénique afin de produire un implant fonctionnalisé. L'évaluation de la qualité de la synthèse matricielle in vitro dans l'implant a démontré le potentiel chondrogénique des différents contingents. La faisabilité d'un marquage de cellules souches mésenchymateuses (CSM) par des particules d'oxyde de fer superparamagnétiques (SPIO), diminuant le signal en IRM a été démontrée in vitro à 3 Teslas (3T) et 7 Teslas (7T). Des concentrations inférieures à 25 µg Fe/mL peuvent être utilisées sans endommager massivement la synthèse d'une matrice cartilagineuse par des CSM osté-médullaires. L'implantation des biomatériaux fonctionnalisés en site ectopique chez la souris nude a conduit à une dérive phénotypique ostéoïde de l'implant. En revanche, en site articulaire, chez le rat nude, les implants induisent la production d'un tissu de réparation comblant l'intégralité de la lésion et présentant des caractéristiques proche du cartilage sain environnant

Cartilaginous lesions mainly occur from a traumatic background and do not heal spontaneously. The chirurgical treatment and the cellular engineering techniques, usually used in clinic, produce perfectible results. Cartilage tissue engineering is the subject of many works in order to produce a repair tissue into the lesion. This repair tissue aims to have the same structural an functional characteristics as the native cartilage. In orthopaedic field, the early diagnostic of chondral lesions and the evaluation of the repair tissue are major issues. MRI is a high resolution and non invasive imaging technique that could be used to evaluate the architectural and biochemical structures of the cartilage by using dedicated sequences. Because of their chondrogenic capacities, stem cells provide a promising avenue to regenerate damaged cartilage in articular traumas. The stem cells from various origins (bone marrow, synovium) and the dedifferentiated chondrocytes were seeded into a porous 3D scaffold in collagen I (collagen I sponge). These cells were cultivated in chondrogenic conditions to produce a functionalized implant. The quality of the matrix synthesis was evaluated in vitro and demonstrated the chondrogenic potential of these various cell types. Superparamagnetic iron oxid particle (SPIO) labelling of the mesenchymal stem cells (MSC) is feasible in vitro at 3 Teslas (3T) and 7 Teslas (7T). A SPIO concentration lower than 25 ?g Fe/mL could be used without reducing the cartilaginous matrix synthesis by bone marrow MSC. The functionalized biomaterial implantation in an ectopic site in a nude mouse model showed an osseous split. However, in articular site in a nude rat model, the implants produced a repair tissue filling the totality of the lesion. This tissue seems to have similar characteristics of the surrounding healthy cartilage