Blanc SIMI 7 - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique 2010

Gels supramoléculaires pour la culture de cellules souches – GELCELLS

Biomatériaux innovants pour la médecine régénératrice

Gels supramoléculaires pour la culture de cellules souches

Une approche multidisciplinaire pour le développement de nouvelles matrices gels au service de la médecine régénératrice.

Les travaux réalisés dans le cadre du programme « GelCells » portent principalement sur les propriétés physicochimiques et biologiques d’hydrogels formés à partir de molécules amphiphiles bio-inspirées. Les travaux réalisés dans le cadre de ce programme ont permis de mettre en évidence une très bonne tolérance des hydrogels in vivo et une absence de cytotoxicité pour les cellule in vitro. Les nouveaux biomatériaux obtenus présentent des propriétés physico-chimiques et biologiques uniques qui sont particulièrement adaptées à l'ingénierie tissulaire.

Résultats

Les matrices hydrogels obtenues à partir des glyconucléolipides présentent des propriétés remarquables telles que : la cytocompatibilité et la biocompatibilité, l’injectabilité, la dégradabilité lente et l’induction de la différenciation in vitro et in vivo. La régénération de l’os in vivo a été démontrée à partir de matrices issues de gels supramoléculaires à base d’un composé glyco-nucléo-fluorocarboné. Récemment, nous avons démontré pour la première fois la possibilité de moduler le devenir des cellules souches (ASC stem cells) à partir de matrices supramoléculaires non polymères (brevet 2014 ; EP14290302.0). Des travaux en liens avec ces découvertes sont en cours en collaboration avec différentes startups et groupes académiques (Labex AMADEUS et Pôle de Médecine Régénérative de Bordeaux).

Perspectives

La technologie proposée de matrices supramoléculaires non polymères (brevet 2014 ; EP14290302.0) permet d’envisager de répondre à de nouvelles applications dans les domaines de l’ingénierie tissulaire et du « bio printing ». Notre technologie est actuellement utilisée dans le cadre de plusieurs collaborations avec différentes startups et groupes académiques (Labex AMADEUS et Pôle de Médecine Régénérative de Bordeaux).

Productions scientifiques et brevets

Brevet
1. «Glycosylated nucleo bola-amphiphlile as new LMWG for biomedical applications»
Barthélémy, P.; Ramin M.; Latxague L.; Appavoo A.; Chassande O. Erhret C. (2014), EP14290302.0.

Publications
1. « Controlling stem cell behavior by fine tuning the supramolecular assemblies of Low Molecular Weight Gelators »
Latxague L.; Appavoo A.; Chassande O. Erhret C. and Barthélémy, P. (2014), submitted.

2. « Decontamination of nanoparticles from aqueous samples using low molecular weight gels»
Patwa A. ; Labille, J. ; Bottero JY. ; Thiéry, A. ; and Barthélémy, P. (2014), submitted.

3. « Glycosyl-nucleolipids as new bioinspired amphiphiles »
Latxague L, Patwa A, Amigues E, Barthélémy P. (2013) Molecules, 18(10):12241-63. doi: 10.3390/molecules181012241.

4. « A thermosensitive low molecular weight hydrogel as scaffold for tissue engineering »
Ziane S, Schlaubitz S, Miraux S, Patwa A, Lalande C, Bilem I, Lepreux S, Rousseau B, Le Meins JF, Latxague L, Barthélémy P, Chassande O. Eur Cell Mater. (2012) 23;23:147-60.

5. « Glycoside Nucleoside Lipids (GNLs) : An intrusion into the glycolipids' world ? »
Latxague L, Dalila MJ, Patwa A, Ziane S., Chassande O., Godeau G. Barthélémy P. C. R. Chim., 15 (2012) 29-36.

6. « Glycosylated nucleoside lipid promotes the liposome internalization in stem cells »
Latxague L, Ziane S, Chassande O, Patwa A, Dalila MJ, Barthélémy P. Chem Commun (Camb). (2011) 21;47(47):12598-600

Résumé de soumission

La manipulation des cellules de façon à contrôler leur phénotype est un enjeu très important pour des applications biomédicales telles que la thérapie cellulaire ou l’ingénierie tissulaire, en vue de remplacer des tissus ou organe défectueux. Hors les facteurs biochimiques (facteurs de croissance, hormones) et génétiques (facteurs de transcription), il a été très clairement établi que d’autres facteurs du micro-environnement dans lequel évoluent les cellules influence profondément leur phénotype. En particulier, la composition chimique de la matrice, sa structuration aux échelles nano, micro et macroscopique et les propriétés physiques qui en découlent (dureté, rugosité, compliance…) jouent un rôle majeur dans la biologie des cellules. L’organisation spatiale du complexe cellules-matrices joue aussi un rôle important, et de nombreux travaux ont montré que des cellules se comportaient très différemment sur des supports bi ou tridimensionnels.
Notre projet de recherche vise à développer une technologie basée sur une plateforme gel nanostructuré à base de molécules amphiphiles bioinspirées pour la culture et la transfection de cellules souches humaines. GELCELLs est une technologie basée sur les propriétés moléculaires et supramoléculaires de glyco-nucléo-lipides (GNLs) particulièrement originales et prometteuses en tant que support pour la culture cellulaire.
Le programme que nous proposons de mettre en oeuvre a pour objectif de synthétiser des GNL et de déterminer leurs propriétés physiques, de façon à sélectionner des formulations a priori compatibles avec l’hébergement de cellules : hydrosolubilité, température de transition sol-gel, fixation d’acides nucléiques. Le second objectif est d’analyser le comportement de cellules primaires humaines et l’efficacité de transfert de gène dans ces cellules : des cellules souches pluripotentes, dont nous étudierons la survie, l’adhésion, la prolifération, la différenciation (maintien d’un état pluripotent ou engagement vers une voie de différenciation sélective ?) ; des cellules différenciées (cellules endothéliales, ostéoprogéniteurs), dont nous testerons la capacité d’amplification tout en préservant leur fonctionnalité..
Ce projet tire parti de la complémentarité des expertises des équipes (U869 pour la synthèse chimique et l’évaluation des propriétés physiques ; U577 pour la culture et la caractérisation phénotypique des cellules primaires humaines).
Le projet s'articulera principalement autour des 6 taches suivantes :
1 - Coordination de GELCELLS (INSERM U869, U. Bordeaux)
2 - Synthèse d’une chimiothèque de glycosyl-nucleoside-amphiphiles (INSERM U869, U. Bordeaux).
3 - Identification des propriétés physicochimiques des hydrogels supramoléculaires (INSERM U869, U. Bordeaux).
4 - Culture des cellules souches humaine dans les gels (INSERM U577)
5 - Piégeage et délivrance des acides nucléiques (Oligonucléotides, siARN, ADN plasmidique) par les gels nanostructurés (INSERM U869, U. Bordeaux)
6 - Transfection des cellules souches in situ par les matrices gels (INSERM U577/U869, U. Bordeaux)

Philippe Barthélémy (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE BORDEAUX)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

U869 ARNA, équipe ChemBioMed INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE BORDEAUX
INSERM U577 INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE BORDEAUX

Aide de l'ANR 310 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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