Projet ANR-14-CE07-0022 – STEMCellREAcTOR : Procédés innovants pour la culture semi-industrielle de cellules souches mésenchymateuses humaines
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Olmos Eric (Laboratoire Réactions et Génie des Procédés - UMR 7274 CNRS UL)
Partenaires : BIO-INOX; GLOBAL PROCESS CONCEPT; Federal State Institution of Science Institute of Bioorganic Chemistry. academicians MM Shemyakin-Ovchinnikov Ovchinnikov of the Russian Academy of Sciences; Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire de Génie Chimique; Laboratoire public
Montant : 564910.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Les cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) permettent d’envisager des applications très prometteuses, notamment en médecine régénérative. Ces cellules présentant de fortes spécificités (capacités de croissance limitées dans le temps, capacités de différenciation cellulaire reliées à leur microenvironnement biochimique et hydromécanique), l’utilisation de ces cellules-produits à grande échelle présente encore un certain nombre de limitations telles que l’obtention d’un procédé d’expansion cellulaire robuste (qualité et quantité des cellules produites). Partant du constat que les bioréacteurs disponibles pour la culture de cellules souches sont soit des systèmes directement transposés de la culture de lignées cellulaires continues, soit des systèmes non ou mal « contrôlés », le projet STEMCREATOR propose, dans un premier temps, le développement d’une méthodologie scientifique rigoureuse alliant des équipes académiques françaises (LRGP, Nancy ; LCPM, Nancy) et internationales (LGC, Liège, Belgique ; IBC, Moscou, Russie) ainsi que deux PMEs impliquées dans la conception de bioréacteurs (GPC, La-Rochelle ; Bio-Inox, Bergerac, France). Cette méthodologie conduira, dans un second temps, à la conception et à la construction d’un bioréacteur innovant d’une dizaine de litres, dédié spécifiquement à la culture de CSMh. Pour cela, le projet est décomposé en 4 tâches de travail.
L'objectif de la Tâche 1 (LGC, LRGP, GPC, Bio-Inox) est d'élaborer les outils de simulation numérique permettant une description Euler-Lagrange de l'écoulement solide-liquide. Les grandeurs Eulériennes de l'écoulement au sein de minibioréacteurs seront obtenues via des simulations CFD-RANS et validées expérimentalement (PIV, PLIF, mesure de P/V). Une description plus poussée de la turbulence sera menée par des simulations LES pour les conditions les plus prometteuses. La dynamique des particules sera étudiée numériquement (suivi lagrangien) et expérimentalement (trajectographie 3D), permettant d’établir, pour les microporteurs, leurs gradients de concentration, leurs probabilités de collision et leurs trajectoires afin d'accéder aux historiques de conditions hydrodynamiques particulaires. Un travail spécifique dédié à la conception et à la synthèse de microporteurs (Tâche 2.1, LCPM) et de microcapsules fonctionnalisées « à façon » (Tâche 2.2, IBC) sera mené pour répondre aux besoins physiologiques des CSMh, en mimant leurs niches organiques naturelles et pour espérer, à terme, une augmentation sensible des performances de production de cellules. Sur la base des premiers résultats obtenus, des configurations de mélange, d’aération et de matériaux utilisés pour l’adhérence cellulaire seront retenues. Pour celles-ci, des cultures de CSMh seront réalisées en minibioréacteurs agités les données recueilles seront analysées par les outils du génie biologique (vitesses de croissance, de consommation et de production) ou de biologie cellulaire (cytométrie en flux, RT-qPCR) (Tâche 3.1, LRGP, IBC, LCPM). L’ensemble des résultats obtenus seront mis en commun pour modéliser les couplages entre la réponse cellulaire (croissance, caractère souche) et le microenvironnement cellulaire (contraintes hydromécaniques) (Tâche 3.2, LRGP, LGC). Ce modèle hydro-biologique servira de base à la proposition de règles d’extrapolation et de conduite d’un procédé de culture à plus grande échelle (Tâche 4.1, LRGP, LGC, LCPM, GPC, Bio-Inox). Enfin, la conception du bioréacteur pilote devra répondre aux contraintes non seulement imposées par le modèle hydro-biologique, mais répondant également à un cahier des charges qui intégrera des critères règlementaires, de choix de matériau et de (éco)conception intégrée facilitant l’utilisation du bioréacteur, notamment en milieu hospitalier (Tâche 4.2, Bio-Inox, GPC). Ce système sera validé numériquement et expérimentalement par la mise en œuvre de culture de CSMh (Tâche 4.3, LRGP, GPC, Bio-Inox).