Système à libération contrôlée acellulaire bioactif et bioinspiré pour la STIMUlation du micro-environnement et la régénération du Disque InterVertébral. – STIMUDISC

La dégénérescence du disque intervertébral (DIV) constitue une des causes majeures de douleurs lombaires. La médecine régénératrice du DIV est classiquement basée sur la transplantation de cellules souches autologues ou allogéniques. Cependant, la récente découverte de cellules souches progénitrices résidentes au sein du DIV, permet aujourd’hui d’envisager le recours à des approches sans transplantation de cellules. Nous proposons ainsi d’exploiter la présence de ces cellules résidentes pour induire la régénération du DIV. Pour cela, l’utilisation de facteurs chimioattractants pour le recrutement de ces cellules in situ (CCL5) et de facteurs de croissance (GDF5) afin d’induire leur différenciation en cellules discales, représente une approche prometteuse. Afin d’assurer la libération prolongée in situ de ces facteurs biologiques, des systèmes à libération contrôlée doivent cependant être développés.

Ainsi, le projet STIMUDISC a pour objectif de développer des systèmes à libération contrôlée de facteurs biologiques afin de recruter et de stimuler la différenciation de cellules souches/progénitrices résidentes, permettant in fine la réparation du tissu discal dégénéré, à l’origine de lombalgie.
Plusieurs résultats sont attendus : (i) Développer des microparticules polysaccharidiques permettant la vectorisation et la libération contrôlée de facteurs biologiques ; (ii) Valider la capacité de CCL5, une fois libérée, à recruter les cellules souches résidentes ; (iii) Valider la capacité du facteur de croissance GDF5, une fois libéré par les microparticules, à induire la différenciation des cellules souches progénitrices résidentes en cellules discales ; (iv) Faire la preuve de concept dans un modèle animal pré-clinique de la régénération discale.

Ce projet sera organisé en 4 tâches sur une durée de 3 ans.
La tâche 1 s’intéressera à la production de microparticules de pullulane selon des procédés de pharmacie galénique maîtrisés. La modulation de certains paramètres permettra d’obtenir différentes microparticules avec des profils variables d’adsorption et de libération de facteurs biologiques.
La tâche 2 aura pour objectif de vérifier la capacité de recrutement de cellules souches par le CCL5. Deux méthodes seront utilisées. La première, in vitro, utilisera le modèle des chambres de Boyden. La seconde, ex vivo, utilisera un modèle innovant de culture de disque intervertébral d’origine ovine. Dans ces 2 modèles, des analyses immunohistologiques seront réalisées afin de vérifier la migration des cellules.
La tâche 3 s’intéressera à vérifier la capacité du GDF5 libéré par les microparticules, à induire une différenciation de cellules souches en cellules discales. Les modèles in vitro et ex vivo décrits dans la tâche 2 seront utilisés. La différenciation des cellules souches en cellules discales sera évaluée par des méthodes d’analyses transcriptomiques et immunohistologiques.
La tâche 4 aura pour objectif de faire la preuve de concept dans un modèle animal de dégénérescence discale. Il s’agira d’injecter les microparticules chargées en facteurs biologiques au sein de DIV de brebis. Des analyses par imagerie (IRM, radiographie) et immunohistochimiques seront réalisées afin d’objectiver la régénération discale.
Le projet STIMUDISC, en rupture avec les approches classiques de thérapie cellulaire, apportera des données pré-cliniques nécessaires à la mise en place de futurs essais cliniques chez l’homme. Ce projet pourrait représenter une innovation thérapeutique de rupture pour le traitement des patients atteints de dégénérescence discale notamment en surmontant les limites liées à la transplantation de cellules exogènes (autologues ou allogéniques), incluant (i) le risque difficilement contrôlable d'effets immunologiques indésirables, (ii) les difficultés d’obtention des approbations réglementaires pour les médicaments de thérapie innovante et (iii) les nombreuses manipulations in vitro avec des procédures coûteuses et chronophages.