Réparer les os avec des cellules souches

L'utilisation de cellules souches pour la réparation osseuse devient possible grâce à un hydrogel nourricier développé par des chercheurs du laboratoire de Bioingéniérie et biomécanique ostéoarticulaire (CNRS et université Paris Diderot), en collaboration avec des membres de l’Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellule (Université de Cergy-Pontoise). Cet hydrogel évite la mort des cellules souches après implantation en leur délivrant le glucose dont elles ont besoin.

L'autogreffe osseuse est la technique chirurgicale de référence pour la réparation des os. Mais elle a des limites (effets secondaires, disponibilité de greffons chez l’enfant, qualité du greffon chez la personne âgée...). Une autre voie est explorée depuis des années : l'utilisation de cellules souches mésenchymateuses (CSM), qui ont la capacité de se différencier en cellules osseuses. Mais jusqu'à présent cette stratégie thérapeutique restait moins efficace que l'autogreffe, en raison de la mort massive des CSM après implantation, liée au manque de vascularisation de l'implant (ischémie locale). Des chercheurs ont mis au point un hydrogel nouricier qui assure la survie des cellules souches après implantation jusqu'à la revascularisation de l'implant.

Mais avant de développer cet hydrogel, les chercheurs ont fait une découverte majeure. « Ce n'est pas le manque d'oxygène qui provoque la mort des cellules souches privées d'apport sanguin, mais le manque de nutriments », explique Hervé Petite, chercheur au Laboratoire de bioingéniérie et biomécanique ostéoarticulaire. En effet, les cellules CSM survivent et restent fonctionnelles en l'absence d'oxygène, pourvu qu'on leur fournisse du glucose. Ce résultat surprenant a été démontré in vitro, puis confirmé in vivo chez la souris. De plus, la présence de glucose accélère la revascularisation de la zone péri-implantaire.

Dans le cadre d’un programme de maturation financée par la SATT IDF innov (2 ans, 170 k€), les chercheurs ont alors mis au point un hydrogel nourricier dont le rôle est de délivrer du glucose aux CSM implantées. Il contient un polymère du glucose et une enzyme qui hydrolyse le polymère. La délivrance progressive du glucose ainsi obtenue peut être prolongé en encapsulant l'enzyme dans des nanoparticules. Les deux équipes étudient ensemble différentes formulations de l'hydrogel, en modifiant le couple polymère/enzyme, afin de moduler la durée de délivrance du glucose selon l'application qui est visée. Au-delà de la réparation osseuse, le même principe pourrait être appliqué plus largement à l'ingénierie tissulaire à partir de cellules souches lorsque les volumes de tissus à régénérer sont significatifs.