Development of a tissue engineering platform using bovine species as a model : placental scaffolds seeded with bovine adipose-derived cells

La technologie des cellules souches et les sciences de biomatériaux ont obtenu des grands progrès au cours des dernières décennies et sont devenues plus populaires dans le monde. Les chercheurs cherchent à étudier et à évaluer les différentes sources de cellules et de biomatériaux qui, en combinaison, peuvent fournir une plateforme d’ingénierie tissulaire produite à grande échelle et à bas prix, pour être utilisée aux tests de médicaments, aux thérapies cellulaires et transplantations, dans le but de fournir un soutien thérapeutique aux blessures et à la régénération des tissus endommagés. En général, les trois constituants les plus importants de l’ingénierie tissulaire sont : le choix du type cellulaire, la source du biomatérial (charpente), la création et le maintien d’un lieu favorable à la formation des tissus. Lorsque ces trois constituants sont gérés avec succès, le microenvironnement cellulaire in vitro est plus similaire à ce que la cellule est exposée in vivo, en permettant que la croissance et la différenciation cellulaire survient de façon plus fiable et efficace. Le placenta bovin décellularisé a démontré avoir une riche matrice extracellulaire, des vaisseaux bien développés, étant un biomatérial à haute disponibilité et à bas prix. Mais, on ne sait pas si les charpentes placentaires ont le potentiel d’être repeuplés avec des cellules souches mésenchymateuses (MSC) dérivées du tissu adipeux, et ce processus s’appelle recelularisation. Encore, on ne sait pas si les charpentes placentaires ont la capacité d’offrir, après recelularisation, un ambient approprié pour différencier ces cellules en différentes lignées. Ainsi, afin de fournir des informations sur la capacité du complexe MSC – charpente placentaire à être utilisé avec succès dans l’ingénierie tissulaire, les objectifs de cette thèse ont été : étudier le potentiel des charpentes placentaires bovins en offrir un soutien à la recelularisation par des cellules dérivées du tissu adipeux bovin, et aussi bien qu’évaluer la capacité de différenciation cellulaire en lignées ostéogéniques et chondrogéniques. Le premier article de cette thèse c’est une revue de la littérature qui aborde la nature des cellules souches mésenchymateuses, leurs applications en médicine régénérative, l’importance de la technologie des cellules souches dans l’industrie de l’élevage et l’utilisation de l’espèce bovine en médicine translationnelle. Le deuxième article aborde l’évaluation de la recelularisation et la différenciation cellulaire. Les placentas bovins ont été décellularisés par perfusion de SDS du vaisseau ombilical et les lignées cellulaires établies après la digestion enzymatique du tissu adipeux de six vaches et la sélection par adhésion rapide à la plaque de culture. Ensuite, les cellules ont été cultivées avec les charpentes dans un système d’agitation 2D pendant 21 jours en milieu de différenciation ou de maintenance. Lorsqu’elles sont cultivées sur la plaque de culture, les cellules isolées ont présenté morphologie similaire au fibroblaste, l’expression de CD90, CD73 et CD105, tandis qu’elles n’ont pas exprimé les marqueurs CD34 et CD45. Par ailleurs, les cellules ont été capables de se différencier en lignées chondrogéniques et ostéogeniques, en fournant des preuves de leur nature mésenchymateuse. Ensuite, quand elles ont été cultivées avec les charpentes, les cellules y ont adhéré par des projections cellulaires, établies une communication cellule-charpente et se sont proliférées, fait mis en évidence par l’analyse histologique et microscopie électronique à balayage (MEB). Après, le potentiel des cellules à se différencier en lignées ostéogéniques a été exploré, lorsqu’elles ont été cultivées avec charpente. Au cours d’une période de culture de 21 jours en milieu ostéogénique, les cellules ont proliféré et se sont différenciées de façon dépendante du temps, c’est-à-dire, à chaque semaine, la plus grande abudance de cellules a été observée, fait en évidence par la coloration des noyaux cellulaires et l’augmentation de l’intensité de la coloration pour COLLAGEN 1 (COL1), qui a aussi été exprimée par réaction quantitative en chaîne de la polymérase en temps réel (qRT-PCR). Le standard a été observé par l’analyse histologique, les accumulations généralisées de calcium a aussi été plus abondantes dans les charpentes au cours de la troisième semaine de culture, demontré par la coloration de Von Kossa. L’analyse MEB a montré que les cellules ont sécrété des structures globulaires lorsqu’elles ont été cultivées sur conditions d’induction ostéogénique, cohérentes avec la sécrétion observée par l’analyse histologique. Sur la différenciation chondrogénique, les colorants Safranine et Vert Solide ont démontré succès à la différenciation, grâce à la coloration des protéoglycanes, des cellules similaires aux chondrocytes et aux collagène type II. L’analyse MEB a montré que les cellules ont changé leur morphologie de fibroblastes en globulaires quand elles ont été cultivées avec milieu d’induction chondrogène pendant 21 jours. De plus, les complexes de cellules-charpentes ont exprimé un marqueur de la lignée cartilagineuse, COLLAGEN 2 (COL2), qui est cohérent avec les observations histologiques et MEB. Face aux résultats obtenus, cette étude a démontré que les charpentes placentaires cultivés avec des cellules dérivées du tissu adipeux ont le potentiel d’être utilisés dans l’ingénierie de tissus osseux et cartilagineux.

Keyphrases: Placenta, Ingénierie tissulaire du cartilage, Ingénierie des tissus osseux, Cellules souches mésenchymateuses, Décellularisation, Vaches, Médecine translationnelle