Soutenue par Cyprien DENOEUD le 30 Septembre 2019
Directeurs de thèse: Hervé PETITE, Esther POTIER
Résumé
Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) apparaissent comme des candidates idéales en ingénierie tissulaire. De plus en plus d’essais cliniques utilisent aujourd’hui cette source cellulaire dans l’objectif de réparer des tissus ou organes lésés afin de restaurer leur fonction. Cependant, une fois implantées, les CSMs meurent rapidement et massivement, réduisant considérablement le succès de cette approche thérapeutique. Bien que cette mort massive soit multifactorielle, l’environnement ischémique (caractérisé entre autre, par la déplétion en oxygène et en nutriments) dans lequel les cellules sont confrontées une fois implantées, semble être la cause principale. De plus, le facteur limitant la survie cellulaire au sein de cet environnement avasculaire est de façon surprenante, non pas l’absence d’oxygène, mais l’absence de glucose.
Toutefois, les voies métaboliques utilisées par les CSMs après implantation afin de convertir le glucose en énergie ne sont, à ce jour, que peu comprises. De plus, aucune stratégie basée sur l’apport continu de glucose aux cellules n’a été jusqu’à présent établie afin d’améliorer la survie, et par conséquent, la fonctionnalité des CSMs après implantation.
La première étude de ce projet de doctorat vise à comprendre davantage le métabolisme énergétique emprunté par le glucose au sein des CSMs après implantation.
Nous avons démontré que les conditions quasi-anoxiques (0.1% pO2) associées à l’absence de glucose et de sérum reflètent au mieux in vitro le microenvironnement d’implantation in vivo. Au sein de cet environnement, les CSMs produisent leur énergie sous forme d’ATP exclusivement via la glycolyse anaérobie à partir d’un unique substrat, le glucose. Or, le glucose manque dans cet environnement ischémique et les CSMs possèdent des réserves glycolytiques très limitées qu’elles vident en 24 heures, puis consomment la totalité de leurs réserves d’ATP en 3 jours, entrainant une mort cellulaire massive et rapide.
La seconde (et principale) étude consiste à développer et à évaluer une stratégie basée sur l’apport continu de glucose pour améliorer la survie et la fonctionnalité des CSMs après implantation.
Nous avons, pour la première fois, apporté la preuve de concept qu’un hydrogel nutritif, composé d’un système de polymère de glucose (amidon) et d’une enzyme (amyloglucosidase), ayant préalablement fait l’objet d’un brevet (EP 14306700), permet d’améliorer la survie de CSMs pendant 14 jours, à la fois au sein d’un modèle ischémique in vitro ainsi que dans un modèle ectopique post-implantation. De plus, ce dispositif innovant permet d’améliorer les fonctions paracrines des CSMs, augmentant notamment la néovascularisation jusqu’à 21 jours après implantation.
En augmentant la survie et la fonctionnalité des CSMs après implantation grâce à un apport continu en glucose, l’hydrogel nutritif composé d’amidon et d’AMG apparait comme une stratégie d’intérêt pour améliorer les résultats thérapeutiques des produits à base de cellules souches en ingénierie tissulaire.
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