Contrôle spatio-temporel de la différenciation cellulaire pour l'ingénierie tissulaire du cartilage – Spacecart

Les cellules stromales mésenchymateuses de la moelle osseuse (CSM) associées à un support injectable sont proposées comme une solution innovante aux problématiques actuelles en ingénierie tissulaire, notamment pour la réparation du cartilage articulaire. En effet, la régénération du cartilage demeure un défi clinique en raison de ses faibles capacités de réparation spontanée. Nous avons démontré précédemment que la porosité ouverte de microsphères de collagène préparées au laboratoire permet le piégeage et la libération progressive du TGF-ß3 qui induit efficacement la différenciation des CSM in vitro et in vivo, et la production de néo-cartilage.
Cependant, un obstacle majeur à l’utilisation des CSM pour la réparation du cartilage est leur différenciation hypertrophique caractérisée par la sécrétion de marqueurs d’ossification (phosphatase alcaline) ou d’hypertrophie (MMP13, collagène X). Pour lever ce verrou, notre stratégie consiste à réprimer transitoirement le facteur de transcription Runx2, largement décrit pour augmenter l’expression des marqueurs hypertrophiques. Or, nous avons démontré précédemment que la répression transitoire de Runx2 peut être obtenue à l’aide d’un siRNA spécifique ciblant ce facteur.
Ainsi, notre stratégie dans le projet Spacecart est d’exploiter la répression transitoire de Runx2 à l’aide d’un siRNA (siRunx2) libéré par les microsphères, qui servent aussi de support injectable pour les CSM et de réservoir du TGF-ß3. Un vecteur efficace de transfection est cependant nécessaire pour acheminer efficacement le siRNA jusqu’à sa cible nucléaire au sein des cellules. En outre, afin de maintenir une différenciation optimale des CSM en chondrocytes, Runx2 ne doit être réprimé qu’après l’induction du phénotype chondrocytaire qui survient après environ 14 jours de différenciation, et la libération du siRunx2 doit donc intervenir après ce délai. Pour ce projet, nous avons mis au point des lipoplexes DOTAP-DOPE modifiés, comme vecteurs d’acides nucléiques. Ces vecteurs seront chargés dans les microsphères et attachés à la matrice collagénique par l’intermédiaire de peptides sensibles à la MMP13. L’action de la MMP13 secrétée par les CSM à un stade précoce de leur engagement vers la différentiation hypertrophique va ainsi déclencher la libération locale et prolongée des siRNA. Ce contrôle spatio-temporel de la libération du siRNA, déclenchée par les cellules elles-mêmes, doit aider à maintenir le phénotype des chondrocytes matures à long terme, et ainsi permettre la régénération d’un cartilage hyalin entièrement fonctionnel.
Notre plan de travail comprend trois tâches expérimentales dédiées à 1) la synthèse d’un peptide substrat de MMP13 optimal et son utilisation comme agent de couplage clivable entre les microsphères de collagène et les vecteurs de siRNA, 2) l’étude de la répression de RunX2 dans les CSM et ses conséquences sur la chondrogenèse in vitro et l’inhibition de l’hypertrophie et 3) l’étude de la production de néocartilage in vivo à long terme en l’absence d’ossification. Notre consortium rassemble les expertises complémentaires nécessaires dans les domaines de l’élaboration et la caractérisation de biomatériaux, la synthèse peptidique, et l’utilisation thérapeutique des CSM pour les pathologies du cartilage.
L’originalité principale de notre projet est d’utiliser la sécrétion de MMP13 par les CSM engagées dans la différenciation hypertrophique, pour déclencher la libération locale d’un siRNA anti-hypertrophique. Nous pensons que notre approche intégrative est originale et présente un fort potentiel d’innovation. De plus, ce type de rétro-contrôle très spécifique du comportement cellulaire peut être transposé pour d’autres indications thérapeutiques, en adaptant les peptides aux profils de sécrétion enzymatique des cellules spécifiques. Ainsi, nous espérons que Spacecart aura un impact sur une large communauté scientifique dans le domaine des biomatériaux et de l’ingénierie tissulaire.