Thèse soutenue par Rebecca LANDON le 19 Décembre 2023
Directeurs de thèse : Fani ANAGNOSTOU
Résumé
Le diabète type 2 (DT2) est un problème de santé majeur. Il touche plus de 5% de la population mondiale et sa prévalence ne cesse pas d’augmenter. Le DT2 est une maladie métabolique caractérisée par une hyperglycémie chronique, entraînant de sévères complications (cardiopathies, néphropathies, rétinopathies, neuropathies…) dont la prise en charge est lourde et coûteuse. Le DT2, n’épargne pas le tissu osseux, augmentant le risque de fracture et limitant le potentiel de réparation osseuse. Les mécanismes sous-jacents sont complexes, mais le microenvironnement DT2 reste un des éléments déterminants. En effet, l’hyperglycémie chronique entraîne une formation exacerbée de produits de glycation avancés (AGEs) et un stress oxydatif chronique modifiant la matrice et la fonctionnalité cellulaire y compris celle des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (CSMs). Les CSMs sont des actrices essentielles dans l’homéostasie et la réparation osseuse. Elles sont aussi des candidates prometteuses pour l’ingénierie tissulaire, or l’impact des AGEs et du stress oxydatif sur ces cellules reste partiellement caractérisé. De plus, l’utilisation d’antioxydants, sur les CSMs, pour la régulation du stress oxydatif intracellulaire a été peu investiguée jusqu’à maintenant.
L’objectif de ces travaux de thèse visait à comprendre l’impact du microenvironnement DT2 sur les cellules souches mésenchymateuses et le potentiel thérapeutique d’antioxydants pour la régulation du stress oxydatif, induit par les AGEs. Le rat Zucker Diabetic Fatty (ZDF) a été utilisé comme modèle animal du DT2 et son homologue sain le rat Zucker Lean (ZL) comme contrôle. Nous avons montré que les CSMs-ZDF, issues d’un microenvironnement DT2 de longue durée, et cultivées in vitro en normoglycémie, présentent des modifications de plusieurs fonctions pertinentes pour la réparation osseuse (adhésion, clonogénicité, prolifération, migration, différenciation adipocytaire) comparées à celles issues des animaux contrôle. Ainsi, l’utilisation de CSMs autologues, en l’état, semble compromise pour les thérapies de réparation osseuse.
Pour mieux comprendre l’impact de l’hyperglycémie chronique sur les CSMs, nous avons étudié les effets des AGEs. Les résultats ont montré que les AGEs altèrent la viabilité, la prolifération, la migration et le profil d’expression génique des CSMs. Les effets des AGEs sur CSMs-ZDF étaient plus prononcés comparés à ceux observés sur les CSMs-ZL. Dans les deux types cellulaires, ils conduisent à un état de stress oxydatif par la production en excès d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) intracellulaire ; il est très rapide, reste constant pendant 60min et n’induit pas la formation d’excès de superoxide (O2-) par les mitochondries. Afin de réguler les ROS intracellulaires, induits par les AGEs, nous avons étudié le potentiel de la N-acétylcystéine et l’astaxanthine, deux antioxydants puissants, sur les CSMs. Les résultats ont montré que les taux de ROS intracellulaires sont similaires chez les CSMs -ZDF et CSMs -ZL, et qu’ils sont modulés différemment en réponse aux antioxydants. La co-exposition aux antioxydants s’est avérée plus efficace que la pré-exposition pour la régulation du stress oxydatif intracellulaire chez les CSMs. L’astaxanthine a montré une excellente cytocompatibilité, contrairement à la N-acétylcystéine qui diminue la viabilité des CSMs-ZDF. De plus, les CSMs-ZDF ont montré un profil d’expression génique, en réponse à l’exposition aux antioxydants, diffèrent de celui de CSM-ZL. Enfin, l’implantation in vivo dans un modèle de défaut osseux subcritique chez le rat sain, d’hydrogels contenant de l’astaxanthine semble favoriser une néoformation osseuse
Dans l’ensemble, cette thèse contribue à une meilleure compréhension de l’impact du microenvironnement de DT2 sur le tissu osseux et met en avant l’impact négatif du diabète de long-durée, des AGEs générés par l’hyperglycémie et de l’excès de stress oxydatif dans la fonctionnalité de CSMs. Les résultats obtenus mettent en question l’utilisation de CSMs de la moelle osseuse autologues, chez les individus DT2 dans le cadre de thérapie cellulaire et soulignent l’intérêt, pour la régulation du stress oxydatif, de l’utilisation des antioxydants dans le cadre de la réparation tissulaire osseuse.