Des 'legos' moléculaires pour la préparation d'hydrogels multifonctionels supports de cellules souches mesenchymales pour la régénération du cartilage – LEGOGEL

LEGOGEL est un projet multidisciplinaire qui repose sur la complémentarité et l’expertise de trois équipes spécialisées dans la conception et la synthèse de molécules bioactives (IBMM, partenaire 1), la chimie sol-gel et l’élaboration de matériaux hybrides fonctionnels (ICGM, partenaire 2) et la thérapie cellulaire des maladies ostéo-articulaires (IRMB, Partenaire 3). LEGOGEL propose une technologie révolutionnaire permettant de préparer ‘’à la carte’’ des hydrogels multifonctionnels biomimétiques dont la composition peut être choisie pour mimer la complexité et la diversité des matrices extracellulaires. L'approche, brevetée récemment, repose sur la synthèse de blocs hybrides originaux, qui comportent une partie biomoléculaire (peptides bioactifs, biopolymères…) et une ou plusieurs fonctions trialcoxysilane dont la position au sein de la biomolécule est parfaitement contrôlée. Par un procédé de chimie ’douce’ sol-gel, ces blocs s’assemblent dans l’eau, à 37°C pour former des hydrogels sans l’utilisation d’agent de réticulation chimique ni de réactif toxique. De plus, le procédé sol-gel est parfaitement compatible avec la stabilité des biomolécules et peut s’effectuer en présence de cellules.
Les hydrogels préparés dans le cadre du projet LEGOGEL sont conçus à des fins de thérapie cellulaire, en particulier pour promouvoir la réparation du cartilage articulaire en permettant la différenciation ciblée des cellules souches mésenchymateuses en chondrocytes et en ostéoblastes. Le programme de travail s’articule en trois grandes tâches :
Le premier travail consiste en la synthèse de blocs hybrides. Des biopolymères hybrides (collagène et acide hyaluronique) assureront la formation d’une structure tridimensionnelle biomimétique ; des facteurs de croissance et des peptides chemo attractants pourront stimuler la colonisation et la différenciation cellulaire et des agents de contraste pourront permettre une visualisation plus facile de l’hydrogel.
Une fois ces blocs obtenus, des hydrogels seront préparés et caractérisés. Ils seront optimisés au regard de leurs propriétés biologiques, structurales et mécaniques. L’approche proposée par LEGOGEL est extrêmement modulable et n’importe quelle combinaison de blocs hybrides en concentrations appropriées pourra être utilisée, permettant d’ajuster ces propriétés. Des séquences peptidiques sensibles aux protéases peuvent être introduites pour moduler la dégradabilité des gels et permettre la libération contrôlée de certains facteurs liés de manière covalente. De manière très intéressante, le mélange des blocs hybrides sous forme d’une solution colloïdale va ouvrir la voie vers deux types d’applications. D’une part cette solution pourra être utilisée pour se gélifier après injection in vivo. D’autre part, elle pourra être utilisée pour la biofabrication par impression 3D d’un support implantable. Ce support permettra notamment de traiter les lésions atteignant l’os sous chondral grâce à une bicouche multifonctionnelle favorisant la formation superposée de cartilage et d’os.
Les hydrogels optimisés contenant des cellules souches mésenchymateuses (CSM) seront étudiés in vitro et in vivo. Les CSM seront mélangées aux hydrogels avant gélification et ces hydrogels (supports et gels massifs) seront évalués in vitro pour leur biocompatibilité, biodégradabilité, propriétés chondro- et osteo inductrices et propriétés mécaniques. Enfin, ces biomatériaux seront implantés chez la souris et la formation in vivo de néotissus sera contrôlée par analyse des marqueurs du cartilage et de l’os en RT-PCR et immunohistologie.
Le projet LEGOGEL propose une méthode de rupture pour l’obtention d’hydrogels biomimétiques. Universelle, simple et évitant l’utilisation d’agent chimique pour la réticulation et la fonctionnalisation des gels, cette méthode déverrouille de très nombreuses applications dans les domaines de la thérapie cellulaire et de l’ingénierie tissulaire.