Cellules souches mésenchymateuses (CSM), Métabolisme, Hydrogel, Amidon, Survie cellulaire, Angiogenèse, Stress du réticulum endoplasmique

Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs), aussi appelé cellules stromales multipotentes, ont été présenté comme des candidates prometteuses pour leurs applications possibles en médecine régénérative. Cependant, leur efficacité thérapeutique est remise en question étant donné leur faible taux de survie post implantation. Le microenvironnement ischémique, principalement caractérisé par une déprivation d'oxygène et de nutriments, est responsable de la mort massive et rapide des CSMs suite à leur implantation. Des études préalables au laboratoire B3OA ont mis en évidence que l'absence de glucose (et non le manque d'oxygène) était responsable de la mort des CSMs. L'hypothèse centrale de cette étude est que le glucose, un régulateur clé de l'activité des cellules souches, est essentiel pour que les CSM puissent survivre à leur implantation, être fonctionnelles in vivo et exprimer pleinement leur potentiel thérapeutique. L'objectif de cette thèse est double : (i) étudier, si et comment, le glucose affecte les fonctions paracrines pro-angiogènes des CSM ; et (ii) développer un hydrogel nutritif à base d'amidon, qui par dégradation enzymatique libère du glucose promouvant ainsi la survie et la fonctionnalité des CSM humaines (hCSM) après implantation. Pour notre premier objectif, nous avons constaté que le milieu conditionné obtenu à partir de hCSM cultivées en présence de glucose en quasi-anoxie (0,1 % d'O2) présentait un potentiel angiogénique significativement plus élevé que celui collecté à partir de hCSM témoins cultivées sans glucose. De façon intéressante, les CSMh cultivées en quasi-anoxie en l'absence de glucose ont présenté un niveau plus élevé de stress du réticulum endoplasmique (RE), par rapport aux hCSM cultivées dans les mêmes conditions en présence de glucose. Enfin, il s'est avéré que des hydrogels cellularisés contenant du glucose implantés en site ectopique murin induisaient une augmentation du volume des vaisseaux sanguins néoformés autour de l'implant plus importante que des hydrogels cellularisés ne contenant pas de glucose. Pour notre second objectif, nous avons développé un hydrogel à base de fibrine, d'amidon (un polymère de glucose) et d'amyloglucosidase (AMG, une enzyme permettant l'hydrolyse du glucose à partir d'amidon) afin de fournir du glucose aux hCSMs à une concentration physiologiquement pertinente. Nous avons observé une augmentation de la survie et des fonctions paracrines des hCSM contenues dans ces hydrogels fibrine/amidon/AMG par rapport aux hydrogels témoins à la fois in vitro (modèle de culture en quasi-anoxie sans glucose) et in vivo (modèle ectopique murin) . Cependant, la cinétique de délivrance à long terme du glucose et la dégradation incomplète de l'amidon pouvant créer un encombrement stérique empêchant la formation de néo-tissus sont des limitations potentielles de cet hydrogel qui nécessitent des recherches supplémentaires afin d'obtenir une formulation optimale de l'hydrogel pour son application en reconstruction tissulaire. En conclusion, ce travail contribue à démontrer l'effet positif d'un apport exogène de glucose sur la survie, les fonctions pro-angiogènes et la régulation du stress du réticulum endoplasmique des hCSM dans un site ischémié. Ce travail permet aussi d'établir la preuve de concept d'un hydrogel, à base de fibrine, d'amidon et d'AMG comme système de délivrance de glucose. Ces découvertes encouragent à employer des stratégies permettant l'apport de glucose afin d'augmenter l'efficacité thérapeutique des produits à base de hCSM utilisé en médecine régénérative.