Modulation mécanobiologique de la bioproduction de sécretome grâce l'ingénierie des bioprocédés – MECHABOOST

Les bioprocédés de culture cellulaire nécessitent une approche multidisciplinaire et multi-échelle : l’ingénierie pour suivre et créer des microenvironnements autour des cellules en modifiant les composantes physique, mécanique et biochimique, et des connaissances biologiques pour comprendre les réponses cellulaires. La modulation des microenvironnements peuvent être sur plusieurs composantes et auront un impact sur les réponses et caractéristiques des cellules. Jusqu’à récemment, la thérapie cellulaire est l’option principale pour l’utilisation de biomédicament lorsque les autres thérapies ne sont pas efficaces, mais récemment ce sont les sécrétions des cellules (sécrétome) et plus particulièrement les vésicules extracellulaires (VE) qui sont étudiées pour leur facilité d’utilisation et les nombreuses applications thérapeutiques. Néanmoins, la quantité de VE nécessaire est conséquente par rapport à la capacité de production actuelle. Plusieurs verrous doivent être levées pour pouvoir améliorer le rendement, la qualité et la quantité de ces bioproduits. Le projet MECHABOOST a pour but de développer des bioprocédés de production de VE où les paramètres de culture seraient modifiés pour obtenir à partir d’un type cellules, les cellules stromales mésenchymateuses issues de la gelée de Wharton (substance blanche du cordon ombilical des nouveaux nés), des sécrétomes avec des bioactivités différentes. L’hypothèse de ce projet est que de mimer in vitro un microenvironnement pathologique à tous les niveaux (mécanique, physique et biochimique) autour des cellules, induirait une production d’un sécrétome spécifique, ici les VE, qui aurait des propriétés thérapeutiques pour contrecarrer les symptômes de la maladie.
Dans ce projet, un plan d’expérience sera utilisé afin de déterminer des niveaux de microenvironnement mécanique et biochimiques à tester entre 1 et 6 Pascal, et un pH entre 7,4 et 6,5, respectivement. Les microenvironnements et l’échelle de culture seront modifiés étape par étape afin de permettra d’évaluer l’influence des chacun sur les sécrétions de WJ-MSCs. En premier (WP1), des stimulations mécaniques ou biochimiques seront appliqués sur les cellules cultivées en 2D sur des T-flasques. Puis la combinaison des deux sera testée afin d’évaluer un potentiel effet synergique sur la production de VE, le rendement, la qualité et/ou la bioactivité. Le deuxième volet (WP2) consistera à transposer les résultats obtenus en 2D dans une configuration 3D pour augmenter le rendement et ainsi faire varier le microenvironnement physique en cultivant les cellules sur microporteurs ou en sphéroïde dans des spinners (100 – 200 mL), tout en changeant les 2 autres paramètres selon les résultats obtenues dans le WP1. Un « proof-of-concept» (WP3) permettra de montrer que la production de VE peut être transposée en bioréacteur de 1L avec un monitoring en ligne des paramètres de culture et passer à une grande quantité de VE. Ainsi, la production du sécrétome aura été transposée d’une culture classique 2D en T-flasque, puis spinners en 3D et dans de large bioréacteurs (>1L). A chaque étape, le phénotype des cellules sera évalué, les VE purifiées et caractérisées (qualité, quantité, rendement, biomarqueurs). La bioactivité des vésicules extracellulaires sera testée à chaque étape afin de confirmer qu’elle reste la même et que les verrous qui empêche la production de masse ont été levés.
Le projet MECHABOOST est multidisciplinaire et multi-échelle et il permettra de livrer des bioprocédés fiables pour améliorer le rendement de bioproduction des vésicules extracellulaires, et d’obtenir à partir d’un seul type cellulaire, ici les WJ-MSCs, des bioproduits avec un large spectre d’application thérapeutique. De plus, de nouvelles connaissances fondamentales en ingénierie des bioprocédés et mécanobiologie des cellules souches qui permettront de faire des avancées dans le domaine de la bioproduction de biomédicament et des biothérapies acellulaire.