Développement d'un implant nanostructuré à base de cellules souches à des fins d' ingénierie ostéochondrale – nanoOSCAR

Le projet de recherche "NanoOSCAR" sera mené conjointement par l’équipe du Dr O.Pourquie (IGBMC) et du Dr N.Jessel (INSERM UMR977). Il a pour double objectif de i) différencier des cellules pluripotentes murines et humaines en ostéoblates et chondrocytes et ii) élaborer à partir de ces cellules différenciées un implant nanostructuré. Ce projet s'inscrit dans un programme visant une application clinique dans le domaine de l’ingénierie tissulaire et la nanomédecine, et plus particulièrement destinée à la régénération os/cartilage. Ce système d’implant nanostructuré fait l’objet d’un dépôt de brevet et un projet de start-up est en cours.
A l’heure actuelle, aucun protocole ne permet d’obtenir in vitro un nombre suffisant de cellules différenciées pour régénérer de l’os ou du cartilage in vivo. La démarche proposée est innovante et repose sur la fabrication de supports de culture pour différencier et implanter les cellules. Ces supports sont dotés de réservoirs actifs fonctionnalisables avec n’importe quel agent susceptible d’orienter la différenciation des cellules vers la destinée os/cartilage (cytokine, acides nucléiques…). L’avantage de ces supports et de leurs nanoréservoirs réside dans leur capacité à protéger les agents de différenciation de la dégradation, augmentant ainsi leur bio-disponibilité et permettant un accès progressif et constant des cellules à ces molécules. Cette propriété sera mise à profit à la fois dans le cadre du développement de protocoles de différenciation in vitro (pour lesquels les agents de différenciation sont classiquement ajoutés au milieu de culture), mais également après l’étape d’implantation, pour fournir aux cellules greffées une source de facteurs susceptibles de stabiliser leur phénotype in vivo après implantation.
Pour orienter l’élaboration de nos protocoles de différenciation, nous suivons une démarche embryologique qui consiste à récapituler la série d’événements ayant lieu dans l’embryon. Dans cette optique, nous avons déjà franchi une étape importante en parvenant à guider des cellules pluripotentes vers le lignage pré-somitique, qui est le tissu embryonnaire dont dérivent les muscles squelettiques, le derme et le squelette axial. Ces cellules progénitrices « tripotentes » constitueront le point de départ à partir duquel les étapes suivantes de la différenciation seront optimisées pour obtenir l’os et le cartilage. L’optimisation des protocoles sera là encore faite dans une logique embryologique et nous nous appuierons sur les avantages présentés par les supports de croissances fonctionnalisés.
La possibilité d’inclure des cellules dans des matrices implantables sera dans un premier temps abordée par le biais d’ostéoblastes et chondrocytes primaires humains. Il s’agira d’inclure ces cellules dans les architectures et d’optimiser les conditions de viabilité. L’étape suivante impliquera la même étude mais menée en incluant cette fois des cellules différenciées à partir de cellules embryonnaires souches et cellules souches induites à la pluripotence (iPS) dans les constructions. L’étude inclura l’analyse de la cytocompatibilité, la cytoxicité, la prolifération ainsi que la caractérisation du néo-os et néo-cartilage.
Nos objectifs spécifiques sont (i) d’identifier et produire des assemblages actifs pour la différentiation des cellules souches in vitro ; (ii) d’optimiser la production de biomatériaux implantables et de construire un premier implant à partir de chondrocytes et ostéoblates primaires de patients (iii) induire in vivo une régénération de l’unité os/cartilage (Ostéochondrale) en utilisant un biomatériau nanostructuré « vivant » par incorporation des produits de différenciation de cellules souches. Au-delà des retombées dans le domaine os/cartilage, la validation du concept ouvrirait des possibilités au niveau d’autres types de réparations tissulaires. Le succès du projet repose sur la combinaison des expertises de chacun des deux partenaires.