Synthèse sonoélectrochimique de nanoparticules de phosphate de calcium pour hydrogels injectables – IXBONE

Les approches actuelles de reconstruction du tissu osseux reposent sur les céramiques en phosphate de calcium (CaP). Cependant, on observe des limitations des CaP dans les grands défauts osseux ou à la suite d'une irradiation. Les formulations injectables de biomatériaux à base de phosphate de calcium permettent une chirurgie peu invasive et améliorent également leurs propriétés ostéoconductrices. Les résultats du programme ANR «Anthos« ont démontré qu’un hydrogel injectable augmente considérablement le taux de survie post-injection des CSM et leurs propriétés anti-inflammatoires. La «thérapie matricielle« qui restaure le microenvironnement cellulaire est également une approche innovante en médecine régénérative. OTR3 est une société fondée sur le développement de la technologie RGTA®. Les RGTA® sont des polydextrans fonctionnalisés conçus pour imiter l’héparane sulfate, afin de remplir des fonctions à la fois comme élément d'échafaudage et comme site de stockage et de protection des facteurs de croissance et autres peptides de communication. Il a été démontré que les RGTA® stimulent la réparation des os dans différents modèles de défauts osseux in vivo. Pour IXBONE les barrières technologiques seront levées (i)Nous avons besoin d'un hydrogel qui peut protéger les cellules ou les EVs contre la réponse immunitaire de l'hôte induite après l'irradiation. (ii) Les particules d'hydrogel molles, avec cellules et/ou EVs seront incorporées dans une suspension de céramique de phosphate de calcium dur. (iii) Le modèle mandibulaire irradié de rat n'est pas simple pour les stratégies d'ingénierie tissulaire des biomatériaux en raison de la petite taille et de l'accessibilité difficile de la zone. (iiii)La dernière proposition innovante consiste à ajouter une molécule de thérapie matricielle. Il ne s'agit pas d'une molécule biologique directe, mais elle améliore l'environnement de niche des cellules pour augmenter la bioactivité du biomatériau injectable combiné.

WP1 : L’objectif du WP1 est de fournir un biomatériau injectable (CIB) avec des propriétés biologiques proches des contrôles positifs comme la greffe osseuse en calvaria de rat. Les premiers essais d’injection de CIB dans des alvéoles dentaires de rat irradiés s’est révélée difficile car le modèle est petit et l’implant ne reste pas en place. Nous avons donc décidé de modifier l’acte opératoire (en cours) et surtout de changer la macromolécule « transport » du CIB en allant de l’HPMC qui ne réticule pas vers de l’acide hyaluronique (HA) silanisé qui lui réticule et ne s’écoule donc plus. La deuxième question du WP1 était de savoir comment intégrer le RGTA dans les hydrogels et est-il emprisonné dans la maille macromoléculaire ou diffuse-t-il ? 3 concentrations finales de RGTA dans l’hydrogel (10/100/1000 µg/mL) ont été testées. WP2 : l’objectif du WP2 est la caractérisation vitro et vivo du CIB. Un professeur associé prend en charge cette partie MSC encapsulées avec une étudiante en M2 récemment recrutée. En même temps nous explorons le plan B qui est l’utilisation de vésicules extracellulaires à la place des MSC. Pour cela une étudiante vient de réussir le concours de l’école doctorale de Nantes et va réaliser cette partie de l’étude, supervisée par Valérie Geoffroy et Angélique Galvanie. Les études « calvarias de rats » n’ont pas débutées mais seront programmées pour l’année prochaine. WP3 : C’est l’étude de biofonctionnalité du CIB sur un model mandibulaires de rat irradié à l’IRSN. Nous sommes à l’étape de validation des doses d’irradiation pour obtenir un ORN et nous sommes également à l’étape de validation de la mise en place du CIB dans une alvéole dentaire sans perte du biomatériaux CIB. Des rats ont été irradiés à différentes doses à l’IRSN et la plateforme SC3M de Nantes est en cours de traitement des explants.

IXBONE pourrait apporter une contribution significative à la technologie de pointe dans le domaine des biomatériaux combinés. Les connaissances nouvellement acquises seront précieuses pour le transfert des compétences scientifiques et technologiques en valeur économique, étant donné que le processus de transformation du matériau en produit peut ensuite être réalisé de l'université vers l'industrie. La preuve de concept obtenue par la combinaison des technologies pourrait notamment conduire aux demandes de brevet suivantes : (i) Preuve de la viabilité de la MSC dans l'hydrogel in vivo, à l'intérieur d'un IBS. (ii) Développement d'un nouveau biomatériau capable de maintenir la MSC en vie et d'induire une nouvelle formation osseuse rapide. Le marché des greffes osseuses synthétiques en tant que solution de rechange ultime est et continuera d'être déterminé par les risques associés à l'utilisation de greffes osseuses naturelles, la nécessité de parvenir à une fusion osseuse supérieure et optimale, la récupération rapide des patients, la nécessité d'éliminer les opérations multiples, le nombre croissant de procédures de fusion de la colonne vertébrale et l'utilisation croissante d'os issus du génie tissulaire dans les remplacements d'articulations et pour comblements osseux maxillo-faciaux. En outre, ce marché devrait également tirer profit non seulement de la commercialisation de nouveaux facteurs de croissance osseuse de prochaine génération, mais aussi du lancement de produits innovants et de nouvelles combinaisons de produits. À la fin du programme IXBONE, en fonction du potentiel d'exploitation et de la preuve de concept d'IXBONE, nous avons l'intention de créer une start-up sur hydrogel pour l'ingénierie des tissus osseux et cartilagineux et d'autres applications médicales (nous avons plus de 8 applications en cours dans le domaine des stratégies de thérapie cellulaire assistée utilisant des cellules MSC et des hydrogels).

1. Development of a Rat Model of Mandibular Irradiation Sequelae for Preclinical Studies of Bone Repair, Marine Dréno, Pauline Bléry, Jérôme Guicheux, Pierre Weiss, Olivier Malard, and Florent Espitalier.(2020) Tissue Engineering Part C: Methods Vol. 26, No. 8 doi-org.proxy.insermbiblio.inist.fr/10.1089/ten.tec.2020.0109

IXBONE est une proposition scientifique visant à trouver des stratégies de régénération osseuse en cas d'hypoplasie osseuse faciale, après traitement d'un cancer des voies aéro-digestives supérieures lors d'un protocole thérapeutique utilisant la radiothérapie. Le cancer des voies aero-digestives supérieures est un des plus fréquent avec plus de 263 000 nouveaux cas par an dans le monde. En France, le carcinome épidermoïde est le quatrième cancer par ordre de fréquence chez les hommes et dans le monde la France est classée en 3ième position. L'ostéoradionécrose mandibulaire (ORN) est un effet secondaire grave de la radiothérapie, qui touche 5 % des patients traités. Elle conduit à des fractures mandibulaires et des troubles graves de la déglutition et de la phonation.
Actuellement le meilleur traitement est la greffe osseuse autologue, cependant son accessibilité, les conséquences de son prélèvement et sa quantité disponible nous imposent la recherche de solutions alternatives et reproductibles. La combinaison de Moelle Osseuse Totale (MOT) associée à un Phosphate de Calcium Biphasé (BCP) s'est révélée être une méthode alternative simple et efficace, cependant cette association n'égale pas les résultats de la procédure standard, en raison du manque de reproductibilité des prélèvements de MOT et du faible potentiel de cicatrisation du tissu receveur (Résultats de l'essai clinique " ORN ").
Notre objectif dans IXBONE est de proposer une procédure de thérapie cellulaire assistée par des biomatériaux afin d'améliorer la régénération osseuse chez des patients souffrants d'ORN. Les lésions osseuses suite à une irradiation sortent de la régénération osseuse standard car, dans cette situation, l'os est au mieux hypoplasique et au pire ischémique. Ses capacités intrinsèques de régénération sont faibles, voire inexistantes.
Nous proposons dans cette indication, une stratégie mini-invasive qui combine des compétences dans différents domaines : les biomatériaux injectables, la thérapie matricielle, la thérapie cellulaire, en utilisant des cellules allogéniques stromales mésenchymateuses (MSC). La proposition IXBONE tient compte du déficit des différentes procédures actuelles. Les MSC seront protégées par un hydrogel et associées à un des polymères synthétiques qui miment les GAG et appelé RGTA® afin d'augmenter leurs effets paracrines. Ce biomatériau sera développé afin d'avoir des propriétés ostéo-conductrices et ostéogéniques renforcées. Une partie de ce projet aura pour but d'étudier le comportement des MSC dans le biomatériau et en particulier ces capacités bioactives (sécrétome). Cette nouvelle stratégie sera testée dans un modèle de rat développant une ORN similaire à celle observée chez des patients. L'effet thérapeutique sera étudié sur la structure osseuse et le processus de vascularisation. Nous possédons également des modèles d'animaux transgéniques nous permettant de suivre le devenir des cellules injectées, ainsi que des compétences en immunologie et histologie afin d'étudier les mécanismes d'action induisant le bénéfice thérapeutique.
L'impact du projet IXBONE sera:
- De proposer une stratégie efficace aux patients développant une ORN. En effet, le consortium inclus des cliniciens qui ont été impliqués dans un essai clinique.
- La combinaison de biomatériau phosphates de calcium et hydrogels encapsulant des cellules avec les molécules de RGTA® disponibles commercialement pourra être d'un grand intérêt dans le domaine de la régénération osseuse. C'est cette combinaison originale qui fait l'innovation du projet afin de proposer de la thérapie cellulaire assistée.
- Enfin, la protection des cellules dans ce nouveau biomatériau pourra augmenter leur durée de vie mais aussi, de façon intéressante pourra ouvrir de nouvelles perspectives pour l'utilisation de MSC allogéniques facilitant ainsi leur utilisation en clinique dans d'autres domaines de la régénération osseuse mais également pour d'autres tissus.