Barrière sang-moelle osseuse sur puce : une plateforme pour étudier l'endothélium de la moelle osseuse et la formation des plaquettes. – BmBARRIER

Les vaisseaux sinusoïdes de la moelle osseuse forment une barrière entre le sang et le tissu médullaire. Ils sont le site exclusif qui contrôle la sortie dans la circulation sanguine de 500 milliards de cellules hématopoïétiques par jour. Parmi celles-ci les plaquettes, nécessaires à l’arrêt des saignements et la prévention des hémorragies, sont produites par les mégacaryocytes. Lorsqu’ils sont matures, les mégacaryocytes étendent de longs prolongements appelés proplaquettes, qui transpercent la barrière des vaisseaux sinusoïdes. Une fois dans la circulation, les forces hémodynamiques permettent l’élongation de ces proplaquettes puis leur fragmentation en plaquettes.
On sait peu de choses sur la façon dont les cellules endothéliales des sinusoïdes (sCEs) contrôlent la perméabilité locale (fonction de barrière) tout en étant constamment traversées par les cellules sanguines, ni comment les cellules sanguines franchissent cette barrière. L’une des hypothèses est que les cellules sonderaient les propriétés mécaniques de leur environnement et traverseraient aux endroits de moindre résistance. Nous avons récemment montré que les mégacaryocytes poussent sur les cellules endothéliales pour créer des pores par où passer. Il est vraisemblable que les sCEs ressentent ces forces mécaniques et s’y adaptent pour faciliter ou à l’inverse freiner ce passage, selon les conditions. En conséquence, les pathologies modifiant les propriétés biomécaniques de ces vaisseaux sont susceptibles de perturber le passage des proplaquettes dans la circulation. Non seulement le vieillissement normal modifie ces propriétés biomécaniques, mais certaines pathologies également. C’est le cas de la myélofibrose qui rigidifient la moelle et les vaisseaux sinusoïdes, ou les traitements chimiothérapeutiques qui dilatent ces vaisseaux.
Les raisons sous-jacentes du manque de connaissances dans ce domaine de recherche sont à la fois la complexité et la spécificité du processus, l'absence de modèles in vitro récapitulant cette complexité et sa localisation peu accessible dans les os, ce qui limite grandement notre capacité à l'imager chez les animaux vivants. Il y a donc aujourd'hui urgence à développer des modèles in vitro humanisés avancés pour étudier ces mécanismes chez l’homme, dans des conditions les plus proches possibles des conditions in vivo. Le développement de tels modèles limitera également à terme le recours à l'expérimentation animale, en accord avec la règle des 3Rs.
Notre projet interdisciplinaire propose d'associer la microfluidique et l'ingénierie tissulaire pour créer une barrière sang-moelle osseuse sur puce permettant une imagerie haute résolution. Ce modèle récapitule l'environnement 3D, les forces mécaniques du substrat sur lesquelles les sCEs reposent et les forces hémodynamiques telles qu’elles existent in vivo au sein de la moelle osseuse. Notre dispositif combinera un microcanal tapissé de sCEs primaires directement isolées de moelle osseuse, inclus dans un gel de rigidité contrôlée et variable, servant de matrice 3D pour la culture des mégacaryocytes murins/humains, et sera perfusé. L’originalité de ce modèle réside dans sa capacité à coupler simultanément plusieurs contraintes mécaniques, qui peuvent agir de manière synergique ou antagoniste. Nous utiliserons cette nouvelle plateforme pour tester comment les signaux biomécaniques, tels qu’ils peuvent être modifiés lors des myélofibroses ou chimiothérapies, affectent les sCEs et la formation des plaquettes. L'introduction de mégacaryocytes provenant de patients ayant des défauts de formation de plaquettes permettra d’affiner leur diagnostic et ainsi la gestion de la maladie. In fine, l'objectif sera d'offrir la possibilité plus large d'étudier la transmigration bidirectionnelle des cellules hématopoïétiques et de tester des composés destinés à faciliter ou à restreindre le passage de la barrière sang-moelle.