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Procédé d’encapsulation de cellules souches musculaires dans des matrices d’alginate pour potentialiser leurs propriétés in vivo post-transplantation
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Edité par CCSD -
International audience. Dans le domaine de la médecine régénérative, l'identification de cellules souches adultes (CSA) et la démonstration de leur potentiel myogénique ont conduit à de nouvelles propositions thérapeutiques pour les maladies musculaires. Précisément, les données précliniques acquises sur un type de CSA issu du muscle squelettique (appelé cellule MuStem), que nous avons caractérisé in vitro et in vivo [1, 2], positionnent cet agent comme un candidat potentiel pour la thérapie cellulaire des myopathies. Cependant, la capacité de survie et d’intégration dans le tissu hôte, bien que nettement supérieure à celle décrite pour les myoblastes et les autres types de CSA, limite l’impact thérapeutique global. L’essor des approches de biomimétisme tissulaire basées sur l’encapsulation de cellules dans des biomatériaux performants, biocompatibles et biodégradables, offre de nouvelles opportunités pour surmonter les limites de la thérapie cellulaire en termes de viabilité et potentialisation des effets. En effet, il a été établi que l'environnement utilisé in vitro, notamment matriciel d’un point de vue chimique et physique [3], a un impact majeur sur les caractéristiques myogéniques des cellules souches musculaires in vitro mais aussi sur leurs propriétés comportementales in vivo [4].L’objectif principal de notre étude est d’améliorer l’efficacité du protocole de transplantation de cellules humaines MuStem (hMustem) par l’apport de connaissances sur leur biologie dans un environnement 3D mimant le muscle squelettique. D’un point de vue applicatif, l’utilisation de méthodes d’encapsulation permettra de proposer de nouvelles voies pour l’amélioration de la viabilité cellulaire et du conditionnement in vitro lors de traitement d’affections musculaires par transplantation cellulaire.Dans ce contexte, une première étude a été menée afin d’évaluer l’impact des propriétés mécaniques d’un réseau 3D d’hydrogels sur la réponse des cellules hMuStem. Pour générer ce réseau 3D, l’alginate a été choisi sur la base de plusieurs critères. Il s’agit d’un polysaccharide naturel avec une forte affinité pour l’eau qui est biocompatible et biodégradable. Il gélifie en présence de cations divalent, tel que le calcium, en suivant le modèle dit de la « boîte à oeuf ». Sous forme d’hydrogel, l’alginate présente aussi des propriétés mécaniques caractéristiques des tissus biologiques, ce qui le rend d’autant plus intéressant pour le bio-mimétisme [5]. Lors de cette étude comparative, des hydrogels à base d’alginate ont été synthétisés par des méthodes de moulage. Une série de macrogels possédant une large gamme de modules élastiques (compris entre 1 et 25 kPa) a été obtenue en modulant le mode de gélification et les concentrations en alginate et calcium. Les résultats d’une étude in vitro nous ont permis de valider la possibilité d’encapsuler les cellules hMuStem dans des matrices d’alginate, possédant un module élastique similaire au muscle squelettique (12 kPa), sans en modifier les propriétés myogéniques [6]. Cependant, ces premiers résultats obtenus sur des hydrogels millimétriques limitent les applications thérapeutiques à desimplants sous cutanés. Pour cela, la transposition de la méthode d’encapsulation vers des approches microfluidiques semble essentiel pour atteindre des matrices micrométriques plus adaptées aux applications de traitement de transplantation cellulaire [7].Afin d’améliorer l’efficacité de l’administration de cellules hMuStem, nous avons donc construit un circuit microfluidique sur puce. Des optimisations, sur la géométrie de la puce microfluidique et sur le bain de collecte à la sortie du circuit, ont été faites de sorte à limiter l’impact du procédé d’encapsulation micrométrique sur la viabilité cellulaire. En parallèle, par la mise au point de méthodes de caractérisation, nous avons évalué la morphologie et la viabilité des cellules hMuStem microencapsulées. Les données préliminaires obtenues permettent de valider la compatibilité du procédé avec une microencapsulation efficace des cellules hMuStem présentant une forte viabilité à plus de 7 jours après encapsulation. Ces résultats ouvrent la voie pour l’apport de nouveaux protocoles de transplantation cellulaire à partir de cellules hMuStem dans le cadre des affections musculaires.
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