Développement de microcarriers pharmacologiquement actifs transportant des cellules souches et libérant des facteurs de croissance pour l’ingénierie tissulaire cardiaque

Development of pharmacologically active microcarriers transporting stem cells and releasing growth factors for cardiac tissue-engineering

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Karam
• Direction : Claudia Montero-Menei, Claudio Muscari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Angers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Laminine

Infarctus du myocarde

Génie tissulaire

Thérapeutique cellulaire

Résumé

La thérapie cellulaire constitue une stratégie prometteuse dans le traitement de l'infarctus du myocarde. Afin de mieux contrôler la survie, la différenciation et l'intégration des cellules greffées, nous avons tenté une approche d'ingénierie tissulaire en associant les cellules à un microvecteur comportant une surface biomimétique et pouvant libérer un facteur de croissance (FC), les microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA). Parmi les cellules utilisées dans une telle approche, les cellules souches adultes dérivées du tissu adipeux (ADSC) ne soulèvent pas de problèmes d'ordre éthique et permettent de réaliser des greffes autologues. Ces cellules sont largement étudiées pour la régénération de nombreux tissus en vertu de leurs propriétés immuno-modulatrices, de leur capacité à sécréter des FC et chémokines, mais également de leur large potentiel de différenciation. Dans une première étape, nous avons étudié l'effet des molécules de la matrice extracellulaire et des MPA sur la différentiation en cardiomyocytes des ADSC en présence d'un cocktail de FC. Nous avons ainsi pu observer que l'apport du cocktail de FC permettait aux cellules de s'engager dans la voie de différentiation cardiaque après 2 semaines. En comparant l'effet de la laminine (LM) et de la fibronectine sur cette différentiation, nous avons pu observer que la LM permettait d'induire une différentiation dans une cellule plus mature et que ceci était potentialisée par un enrichissement du milieu en TGF!1. Finalement, l'apport de MPA recouverts de LM favorisait une différentiation plus rapide des cellules en présence du cocktail. Les MPA peuvent également libérer un facteur de croissance de manière prolongée au cours du temps. Par conséquent, nous avons encapsulé 3 protéines, le VEGF, le HGF et l'IGF-1, et d'étudier leur effet sur les comportement des ADSC. Nous avons ainsi pu observer que des MPA libérant du HGF et de l'IGF-1 induisaient une différenciation de ADSC dans la voie cardiaque et que cette différentiation était également observée lorsque les complexes ADSCMPA étaient intégrés dans un hydrogel thermosensible. Cependant, nous avons aussi observé que la quantité de protéines libérées à partir des MPA était plus faible dans le gel. Nous avons donc cherché dans une dernière partie à améliorer le profile de libération des protéines à partir des MPA en changeant la composition du polymère. Nous avons ainsi utilisé différents copolymères triblock PLGA-PEG-PLGA pour formuler des microsphères et évaluer leur rôle sur la libération de la protéine mais aussi sur la stabilité de celle-ci durant la dégradation du polymère.

Cell therapy constitutes a promising strategy for the treatment of myocardial infarction. To better control the survival, the differentiation and the integration of the grafted cells, we have used a tissue-engineering approach associating the cells with a microvector comprising a biomimetic surface and able to release a growth factor (GF), the pharmacologically active microcarriers (PAM). Among the cell used for such approach, adipose-derived stem cells (ADSC) do not raise ethical concerns/issues and allow autologous transplantation. These cells are widely studied for the regeneration of various tissues due to their immunoregulatory properties, their potential to secrete GFs and chemokines but also their large potential of differentiation. In a first step, we have investigated the effect of extracellular matrix molecules and PAMs on ADSCs differentiation into cardiomyocytes in combination with a GF cocktail. We have thus observed that the GFs cocktail allowed cell commitment into the cardiac lineage after 2 weeks. Comparing the effects of the laminin (LM) and fibronectin (FN) on this differentiation, we found that LM allowed ADSCs differentiation into a more mature phenotype. Moreover, the enrichment of the GF cocktail with TGF!1 potentiated the LM effect. Finally, providing PAM covered with LM allowed an earlier differentiation into cardiac lineage in combination with the cocktail. PAMs can release a GF in a prolonged manner. Consequently, we encapsulated 3 proteins, the VEGF, the HGF and the IGF-1, and assessed their effect on ADSCs behavior. We observed that PAMs releasing HGF and IGF-1 induced ADSCs cardiomyogenic differentiation. Moreover, we also observed ADSCs cardiac differentiation markers expression, when ADSCPAMs complexes are integrated within a thermosensitive hydrogel. However, we also found that the amount of protein released from PAMs decreased within the gel. In a last part we have sought to improve protein release profile from PAMs changing polymer composition. So, we used various triblock copolymers of PLGA-PEG-PLGA to formulate microspheres and then evaluated their role on protein release but also on protein stability during polymer degradation.