Plastiques spécialisés pour la recherche en thérapie cellulaire
La thérapie cellulaire consiste à modifier et à réintroduire les cellules d’une personne ou d’un donneur externe afin de restaurer la fonction d’une cellule malade ou d’éliminer les cellules cancéreuses du corps humain. Les cellules sont administrées par injection cellulaire, transfusion sanguine, greffe, transplantation d’organe ou modification génétique.
Bien que les pratiques de thérapie cellulaire existent depuis de nombreuses années, un regain d’intérêt pour la recherche en thérapie cellulaire, en particulier dans le domaine de la cicatrisation, est apparu pendant la Seconde Guerre mondiale. Plus récemment, la thérapie par cellules immunitaires exprimant des récepteurs antigéniques chimériques (CAR) a donné des résultats prometteurs dans le traitement du cancer.
Cellules souches : Statut et défis
En raison de leur capacité d’auto-renouvellement, de différenciation multi-ligne, de leur facilité d’isolement et de leur tolérance à la culture cellulaire in vitro, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) constituent un choix populaire pour la thérapie cellulaire et la médecine régénérative. Les CSM ont été utilisées pour la réparation des os et du cartilage, les maladies cardiovasculaires et la réparation des tissus musculo-squelettiques endommagés.1, 2, 3 Cependant, des recherches sont en cours pour augmenter le taux de réussite des thérapies à base de cellules souches en comprenant mieux les raisons du rejet et le destin des cellules souches thérapeutiques dans l’organisme.
Pour préparer les cellules à l’injection, à la greffe de feuilles de cellules ou à l’ensemencement de patchs cellulaires, elles peuvent être cultivées in vitro en utilisant du sérum bovin fœtal (FBS) et d’autres protéines. Cependant, les produits d’origine animale peuvent induire des réactions immunitaires chez les patients, c’est pourquoi des milieux compatibles sans xéno et sans sérum ont été mis au point. Comme ces milieux sont également dépourvus de facteurs d’attachement, les cultures de CSM nécessitent l’ajout de protéines de la matrice extracellulaire (ECM), qui peuvent contenir des molécules potentiellement immunogènes.4 Une autre solution consiste à utiliser des surfaces spécialisées pour cultiver des cellules souches dans des conditions exemptes de sérum et de revêtement ECM afin de favoriser la formation de feuillets cellulaires intacts.
Figure 1. Les surfaces Nunclon Supra favorisent l’attachement des CSM et leur potentiel de différenciation en adipocytes (coloration Oil Red O), chondrocytes (coloration Alcian Blue) et ostéocytes (coloration Alizarin Red).
Surfaces Nunclon Supra
Thermo Fisher Scientific a développé les surfaces Nunclon Supra en exposant le polystyrène à une source d’énergie exclusive qui produit une surface plus hydrophile que les traitements conventionnels des surfaces de culture tissulaire. Cela augmente l’attachement des cellules, éliminant ainsi la nécessité d’ajouter un ECM ou un sérum. Cette surface a été testée en cultivant des CSM humaines dérivées de la moelle osseuse, du tissu adipeux et du cordon ombilical dans des conditions sans sérum ni revêtement. Les cellules ont montré un attachement et une croissance équivalents sur les surfaces Nunclon Supra non revêtues par rapport à une surface Nunclon Delta revêtue du substrat ECM CELLstart. En outre, les CSM cultivées sur les surfaces Nunclon Supra ont conservé leur profil immuno-phénotypique, évalué par l’expression positive des marqueurs de surface spécifiques aux CSM et l’expression négative des marqueurs de cellules souches hématopoïétiques. Les CSM ont également montré une différenciation trilinéaire efficace en ostéocytes, adipocytes et chondrocytes (figure 1). Dans l’ensemble, les CSM peuvent être cultivées et différenciées avec succès sur les surfaces Nunclon Supra sans utiliser de sérum ou d’ECM et donc être utilisées efficacement pour la recherche sur la thérapie cellulaire.
Figure 2. Feuilles de cellules à couche unique (à gauche) et empilées (à droite) fabriquées sur les surfaces UpCell de Nunc. Les monocouches de cellules individuelles ont été préalablement colorées avec des colorants CellTracker pour une meilleure visualisation. Encadré : Vue en coupe des feuilles de cellules respectives.
Surfaces Nunc UpCell
L’ingénierie tissulaire par feuille de cellules est une approche sans échafaudage pour régénérer les cellules des tissus endommagés, une technique introduite en 1990. Auparavant, le collagène de structure ou l’hydrogel étaient utilisés comme échafaudages pour créer des patchs tissulaires. Les boîtes UpCell de Nunc sont greffées d’un polymère sensible à la température (poly(N-isoproplyacrylamide ou PIPAAm) qui permet de récolter des monocouches de cellules confluentes sous forme de feuilles intactes lorsque la température est ramenée de 37 °C à moins de 32 °C. Cela permet d’éviter le traitement par protéase, qui préserve les jonctions cellule-cellule, les protéines de surface des cellules et la matrice extracellulaire dans la feuille.
En utilisant les surfaces UpCell, il est également possible de créer des tissus en 3D en superposant des feuilles de cellules. Comme le montre la figure 2, des feuilles de cellules CSM simples et empilées ont été fabriquées à l’aide d’UpCell enduit de vitronectine. Les feuilles récoltées étaient constituées de cellules vivantes (confirmées par l’imagerie Invitrogen LIVE/DEAD) et conservaient l’expression des protéines de la matrice extracellulaire comme la fibronectine et le collagène (figure 3).
Figure 3. Les feuilles de cellules fabriquées sur les surfaces Nunc UpCell ont été colorées pour la population de cellules vivantes et les protéines ECM, la fibronectine et le collagène I. Les images ont été capturées à l’aide du système d’imagerie EVOS M7000.
La thérapie cellulaire devrait continuer à apporter des contributions significatives à la médecine dans les années à venir, un grand nombre d’entre elles étant dues à la recherche en cours dans ces domaines. L’utilisation des surfaces Supra et UpCell de Nunclon pour soutenir la croissance des cellules souches et la génération de feuilles cellulaires devrait continuer à soutenir la recherche sur la prochaine génération de thérapies à base de CSM. Ces outils devraient permettre aux scientifiques du monde entier de cultiver plus efficacement les cellules souches et d’accélérer la recherche sur les thérapies cellulaires.
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- Savkovic, V. et coll. (2014). Mesenchymal Stem Cells in Cartilage Regeneration. Current Stem Cell Research & Therapy, Volume 9, Issue 6. https://www.eurekaselect.com/article/61317
- Bagno, L. et coll. (15 mai 2018). Mesenchymal Stem Cell-Based Therapy for Cardiovascular Disease: Progress and Challenges. Molecular Therapy. https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016(18)30212-0
- Mahindran, E. et coll. (29 septembre 2021). Mesenchymal Stem Cell Transplantation for the Treatment of Age-Related Musculoskeletal Frailty. International Journal of Molecular Sciences. https://www.mdpi.com/1422-0067/22/19/10542
- McQuitty, C. et coll. (11 novembre 2020) Immunomodulatory Role of the Extracellular Matrix Within the Liver Disease Microenvironment. Frontiers in Immunology. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2020.574276/full
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