La thérapie cellulaire est une envisagée pour traiter des pathologies cardiaques ou squelettiques basée sur la médecine régénérative. Les progéniteurs cellulaires classiquement utilisés (myoblastes ou cellules mésenchymateuses) n'ont démontré qu'une efficacité limitée. Dans ce contexte, notre laboratoire a identifié une nouvelle catégorie de progéniteurs, sur la base de leur activité enzymatique aldéhyde déshydrogénase (ALDH) mise en évidence par un substrat fluorescent, l'Aldéfluor, et en association avec le marqueur CD34. Les ALDH sont impliquées dans le métabolisme et la détoxification des aldéhydes, et constituent un nouveau marqueur des cellules souches. Ce travail de thèse a permis de mieux caractériser les progéniteurs myogéniques (ALDH+/CD34-) et non myogéniques (ALDH+/CD34+), dans différents contextes physiopathologiques. Leur présence dans différents muscles de primates humains ou non humains, leur persistance au cours du vieillissement naturel ou lors d'atteinte par la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) chez l'Homme et dans des modèles animaux, suggèrent une utilisation possible des cellules ALDH+/CD34- pour des développements thérapeutiques ultérieurs. L'étude phénotypique révèle que des marqueurs transmembranaires sont associés à des sous-populations de cellules ALDH myogéniques ou non myogéniques dont la comparaison permettra de proposer de meilleurs candidats de thérapie cellulaire. En parallèle, les caractérisations histologiques et cytologiques ont identifié des sous-populations exprimant des isoenzymes et les analyses d'expressiongénique réalisées ex vivo et en culture suggèrent que certaines sont impliquées dans l'homéostasie musculaires. / Cell therapy is a regenerative medicine strategy considered for the treatment of cardiac or skeletal muscle diseases. The cellular progenitors used to date (myoblasts or mesenchymal stem cells) provided mitigated success, thus mandating the identification and characterization of new categories of progenitors. Our laboratory has identified new populations of progenitors, based on their Aldehyde Deshydrogenase activity (ALDH) detectable using the fluorescent substrate Aldefluor, associated with the expression of the CD34 marker. ALDH are involved in metabolism and detoxification of aldehydes, they play important roles in cell survival and differentiation and are considered a new marker of stem cells. The present project allowed characterizing extensively the myogenic (ALDH+/CD34-) and non myogenic (ALDH+/CD34+) progenitors, in several physiopathological contexts and animal models. The presence of ALDH+/CD34- cells in distinct muscle groups in Human and non-human Primates, their persistence through natural ageing and despite the ongoing degenerative process observed in Duchenne muscular dystrophy in Human patients and animal models suggest their future use for therapeutic applications. The phenotypic characterization indicated that membrane markers are associated to myogenic or non myogenic sub-populations of ALDH cells. The comparison on their efficacies in vito and in vivo will allow proposing new candidates for cell therapy. In parallele, histological and cytological analysis identified cell populations expressing isoenzymes The analysis of gene expressions suggested that, at least, some of them are involved in muscle homeostasis in situ or in vitro.

La dégénérescence discale lombaire (DDL) est caractérisée par un vieillissement prématuré du disque intervertébral (DIV) et une déshydratation progressive du nucleus pulposus (NP) entrainant in fine des lombalgies. L'objectif général de ce travail est d'établir des données précliniques afin de régénérer le DIV en cas de DDL modérée. Dans un premier chapitre, nous avons déterminé une association de facteur de croissance et un mode de culture visant à obtenir une prédifférentiation nucléopulpogénique de cellules stromales mésenchymateuses (CSMs) humaines issues de la moelle osseuse. Nos résultats montrent que la culture tridimensionnelle des CSMs en billes d'alginate en présence de TGF-β3, GDF-5 et BMP-7 les oriente vers un phénotype cartilagineux. Dans un deuxième chapitre, nous avons élaboré un modèle porcin de DDL induite par cryolésion et nous l'avons comparé aux techniques de référence. L'évaluation de l'importance de la DDL a été effectuée par scanner, IRM et histologiquement. Un score histologique de DDL porcine a été décrit et validé. La cryolésion a permis d'obtenir une DDL plus importante que les autres techniques. Dans un troisième chapitre, nous avons injecté les CSMs préorientées dans les DIV lésés. L'analyse IRM a montré une amélioration de l'intensité du signal et de la surface du NP après injection des cellules. L'analyse immunohistologique a montré une survie des CSMs dans les DIV porcins à 2 mois. Dans un quatrième chapitre, nous avons comparé les taux de fusion et de complication pour la RhBMP-2 et la greffe spongieuse autologue dans les arthrodèses lombaires par voie antérieure dans une même cohorte de patients. La RhBMP-2 était associée à un taux de fusion inférieur et un taux de complications radiologiques supérieur à l'autogreffe spongieuse. / Degenerative disc disease (DDD) is characterized by premature aging of the intervertebral disc (IVD) and gradual dehydration of the nucleus pulposus (NP), ultimately causing back pain. The general objective of this work is to establish preclinical data to regenerate the IVD in moderate DDD. In the first chapter, we have identified a growth factor association and a culture method to achieve nucleopulpogenic prédifférentiation of mesenchymal stromal cells (MSCs) derived from human bone marrow. Our results show that the three-dimensional culture of MSCs in alginate beads in the presence of TGF-β3, GDF-5 and BMP-7 directs them to a cartilaginous phenotype. In the second chapter, we developed a porcine model of DDD, induced by cryoinjury, and compared it to reference techniques. Assessing the importance of DDD was performed by CT, MRI and histologically. A histological score of porcine DDD has been described and validated. Cryoinjury yielded a higher DDD that other techniques. In a third chapter, we injected preoriented MSCs in cryo-injured IVDs. MRI analysis showed an improvement in the signal intensity and the surface of the NP after the injection. The immunohistological analysis showed a survival of the MSCs in the porcine IVD 2 months after injection. In a fourth chapter, we compared the rate of fusion and complication for rhBMP-2 and autologous cancellous graft in the anterior lumbar interbody fusion, in the same cohort of patients. RhBMP-2 was associated with a lower fusion rate and a higher rate of radiological complications than the cancellous autograft.

La transplantation de cellules souches de muscle possède un grand potentiel pour la réparation à long terme du muscle dystrophique. Cependant, la croissance ex vivo des cellules souches musculaires réduit de manière significative l'efficacité de leur greffe puisque le potentiel myogénique est considérablement réduit lors de la mise en culture. La voie de signalisation Notch a émergé comme un régulateur majeur des cellules souches musculaires (MuSCs) et il a également été décrit que la sur-activation de Notch est crucial pour le maintien du caractère souche des MuSC. Cette découverte pourrait être traduite comme un bénéfice thérapeutique potentiel. Des MuSCs murines ont été fraîchement isolées et ensemencées sur des boîtes de culture recouverte de Dll1-Fc, le domaine extracellulaire de Delta-like-1 est fusionné au fragment Fc humain, afin d'activer la voie de signalisation Notch et avec un IgG hu-main comme contrôle. Nous avons utilisé le rAAV afin d’exprimer le Dll1 spécifique-ment dans les muscles de souris. Les souris P3 ont été traitées avec de l’AAV pendant 3 semaines et 6 semaines afin d’étudier l'effet de Dll1 au cours du développement postnatal. Afin d’étudier le processus de régénération, l'AAV a également été injecté dans les muscles de souris mdx alors que les souris de type sauvage ont été utilisées comme contrôle. Un potentiel caractère souche supérieur (marquée avec le Pax7) est observé dans les cultures des MuSCs qui sont recouverte de Dll1-Fc par rapport à leurs homologues contrôles, par contre le taux de proliférer est réduit. Au cours du développement postnatal, la sur-activation de la voie de signalisation Notch par Dll1 sur les fibres musculaires a été en mesure d'élargir le pool des cellules Pax7+, cependant elle entraîne une diminution de la masse musculaire avec réduction de la taille des fibres et ceci sans affecter l'accumulation des myonuclei. Dans les MuSCs quiescentes (de type sauvage), la sur-activation de la voie de signalisation Notch ne présente pas de réel effet. La surexpression de Dll1 dans le muscle mdx a diminué la masse musculaire et agrandit le pool de cellules souches musculaires, ce-pendant le taux de régénération n'a pas été affecté. L’augmentation des MuSCs est attribuée à une différenciation entravée des cellules souches musculaires. En étudiant la stimulation de la voie de signalisation Notch dans les MuSCs à la fois in vitro et in vivo, nous démontrons que sur-activation de Notch préserve le caractère souche des cellules via l’inhibition de la prolifération et de la différenciation myogénique des MuSCs. / Muscle stem cell transplantation possesses great potential for long-term repair of dys-trophic muscle. However expansion of muscle stem cells ex vivo significantly reduces their engraftment efficiency since the myogenic potential is dramatically lost in culture. The Notch signaling pathway has emerged as a major regulator of muscle stem cells (MuSCs) and it has recently been discovered that high Notch activity is crucial for maintaining stemness in MuSCs. This feature might be exploited and developed into a novel therapeutic approach.Murine MuSCs were freshly isolated and seeded on culture vessels coated with Dll1-Fc, which fused Delta-like-1 extracellular domain with human Fc, to activate Notch sig-naling and with human IgG as a control. The rAAV gene delivery system was em-ployed to express Dll1 in murine muscles. P3 mice were treated with AAV for 3 weeks and 6 weeks to investigate the effect of Dll1 during postnatal development. To investi-gate the regeneration process, AAV were injected into mdx muscles whereas wild-type mice were used as control.Higher potential stemness (marked by Pax7 positivity) was observed in MuSCs grow-ing on a Dll1-Fc surface as compared to their counterparts on the control surface, while their proliferation rate was reduced. During postnatal development, overstimulation of Notch signaling by Dll1 on the mus-cle fibers was able to enlarge the Pax7+ cell pool, while also resulting in decreased muscle mass and smaller muscle fibers without affecting the accretion of myonuclei into the fiber. In quiescent (wild-type) MuSCs, overstimulation of Notch signaling did not have any discernible effect. Overexpression of Dll1 in mdx muscle decreased the muscle mass and enlarged the muscle stem cell pool, while muscle regeneration re-mained unaffected. By investigating Notch stimulation in MuSCs both in vitro and in vivo, we demonstrate that high Notch activity preserves stemness via inhibition of MuSCs proliferation and myogenic differentiation. Our findings point out that the Dll1 molecule, as a canonical Notch ligand, might have a therapeutic potential in cell-based therapies against muscu-lar dystrophies.

Introduction.Le fibroblaste gingival (FG) est la cellule majoritaire de la gencive. Cette dernière fait face constamment aux agressions physico-chimiques, infectieuses et thermiques. L'une des caractéristiques de la gencive est sa réparation quasi-parfaite suite à une lésion ponctuelle. Ce n'est pas le cas pour d'autres tissus comme la paroi aortique. L'anévrisme aortique (AA) est un affaiblissement de la paroi aortique provoqué par une sécrétion exhaustive de métalloprotéases (MMPs) et en particulier de MMP-9. Il en résulte une dilatation de l'artère. Dans un modèle d'anévrisme de lapin, Durand et al (2012) avait montré que le FG pouvait ralentir, voire réparer un anévrisme. Dans notre étude, nous avons mis en place un modèle de coculture FG/AA d'origine humaine.Chez l'homme, la localisation de la pathologie peut être au niveau abdominal (Anévrisme Aortique Abdominale : AAA) ou thoracique (Anévrisme Aortique Thoracique : AAT). Etant donné que leur étiologie sont différentes, nous avons souhaité savoir s'il existait des différences selon les lésions. Cela nous permettrait en effet de mieux appréhender la prise en charge. Nous avons réalisé une étude comparative histo et physiopathologique entre les AAA et AAT. L'une des différences soulevée, est la présence d'un facteur infectieux au niveau des AAA. C'est un élément à prendre en compte pour une thérapie cellulaire et ainsi nous avons mis en culture des FG en présence de LPS, une endotoxine bactérienne.De plus pour approfondir notre travail sur l'utilisation du FG dans la thérapie cellulaire, nous avons initié une étude sur la plasticité de la sous-population souche des FG en étudiant, notamment leur orientation en cellules vasculaires (cellules endothéliales).Résultats/discussionLe FG, grâce à sa secrétion de TIMP-1, contribue à l'inhibition de la MMP-9 anévrismale. La sécrétion de MMP-9 est plus importante dans les lésions avec athérome (AAA) que celles sans athérome (AAT dans notre étude). Ceci est en corrélation avec la dégradation qui est plus importante dans les AAA que dans les AAT. La MMP-9 est une protéine sécrétée entre autre par les cellules inflammatoires. Une inflammation est présente dans les AAA et pas dans les lésions thoraciques. Ceci pourrait expliquer la différence de sécrétion de MMP-9 et donc de dégradation. Concernant l'origine de cette inflammation, nous avons recherché une cause infectieuse. Porphyromonas gingivalis (Pg) qui est une bactérie importante dans le développement de la parodontite (maladie inflammatoire des tissus de soutien de la dent) a été détectée dans les AAA. Une relation pathologique existerait entre la parodontite et l'AAA mais l'étude devrait être plus poussée pour connaître le mécanisme physiopathologique de ce phénomène. Toutefois, en ce qui concerne la thérapie cellulaire, le LPS qui est une endotoxine du Pg, n'affecte pas la capacité du FG à secréter du TIMP-1.En plus de la possibilité du FG à neutraliser la MMP-9 anévrismale, nous avons souhaité savoir si le FG avait des compétences de différentiation en cellule vasculaire. Un début d'exploration de la plasticité cellulaire de la souche multipotente de FG en cellule endothéliale, donnent des résultats préliminaires encourageants.Conclusion. Le FG pourrait être une cellule prometteuse pour une thérapie cellulaire de l'anévrisme aortique mais des explorations plus poussées sont encore nécessaires pour une telle application. / IntroductionGingival fibroblast (GF) is the main cell in gingiva which is constantly facing infectious, thermal and physico-chemical attacks. When a lesion occurs, the repair of gingiva is almost perfect. It is not the case for other tissues as the aortic wall. The aortic aneurysm (AA) is a pathologic expansion of aorta due to a weakening of the wall with an exhaustive secretion of metalloproteinases (MMPs) and particularly of MMP-9. In an aneurysm rabbit model, Durand and al (2012) have showed that GF could slow down or repair the aneurysm. In our study, we have established a co-culture model of human GF and human AA.For human, the location of the aortic disease may be at abdominal level (Abdominal Aortic Aneurysm: AAA) and thoracic level (Thoracic Aortic Aneurysm: TAA). Since the aetiologies are different, we wondered if histo and physiopathologic differences would existe between the both. It is impotant to know that for better supporting the disease. One of the difference between AAA and TAA is the presence of an infectious factor in AAA. This is an element to consider for cell therapy, so we studied the behavior of GF in presence of an endotoxin, the LPS.In addition, to further our work on the use of GF in cell therapy, we have initiated a study of the plasticity of the GF multipotente subpopulation including the differentiation into vascular cells (endothelial cell in particular).Results/DiscussionThanks to its TIMP-1 secretion, GF could contribute to the inhibition of MMP-9 activity in aneurysm. The secretion of MMP-9 in AA with atheroma (AAA) is highter than in TAA (without atheroma in our study). It is correlated to the degradation of AAA which is more important than the degradation of TAA. Inflammatory cells may secrete MMP-9. Inflammation is present in AAA and not in TAA. This, could explain the highter secretion of MMP-9 in abdominal lesion and also the degradation which is more important in AAA than in TAA. As for the origin of this inflammation, we researched an infectious factor. We isolated Porphyromonas gingivalis (Pg) in AAA, which might trigger or aggravate inflammation. This is an important bacterium in the development of periodontitis (inflammatory disease of the tissues supporting the tooth). A pathological relationship may exist between periodontitis and the AAA. The study should be further to know the pathophysiology of AAA related to Pg. But as regards the cell therapy, LPS, which is an endotoxin of Pg would not affect the secretion of TIMP-1 by the GF.In addition to its abilities to inhibate MMP-9 in aneurysm, we wondered if GF would be able to differentiate into vascular cell. An early exploration of GF multipotent subpopulation plasticity reveals a possible opportunity to go further in a the cell therapy.Conclusion.GF might be a promising cell for treating aortic aneurysm but further explorations are still necessary for its application.

[...]Mon projet de Doctorat a donc visé à : 1. déterminer le rôle de la voie de signalisation PKR1 in vivo ; 2. la perte de la voie de signalisation PKR1 provenant de l’épicarde induit des dysfonctions cardiaques et rénales ; 3. mettre en évidence le rôle de PKR1 dans l’activation et la différentiation des cellules progénitrices.[...] / [...]My specific aim are the following : 1. To determine the role of PKR1 signaling pathways in vivo ; 2. To show that the inactivation of PKR1 specifically in epicardium can induce cardiac and renal disorders ; 3. To determine the role of PKR1 in activation and differentiation of progenitor cells.[...]

Malgré l’évolution des outils de bio-ingénierie tissulaire et la sophistication des recherches visant à développer de nouveaux substituts cutanés, la prise en charge clinique des brûlures sévères a relativement peu évolué depuis plus de 30 ans. Si la survie est quasiment garantie par l’utilisation de cultures d’épidermes autologues (CEA), le traitement des grands brûlés n’en reste pas moins traumatisant, avec l’émergence de séquelles physiques (cicatrices hypertrophiques, dyschromies, fragilité cutanée), pathophysiologiques (désordres métaboliques et immunitaires), et neuropsychologiques (neuropathies, douleurs chroniques, syndrome de stress post-traumatique). Depuis leur découverte dans les années 1960, les Cellules Stromales Mésenchymateuses (CSM) ont suscité un intérêt grandissant dans le domaine de la thérapie cellulaire, en raison de leurs propriétés trophiques et immunomodulatoires. La découverte de leur haute plasticité face à divers stimuli environnementaux a plus récemment ouvert le champ de nouvelles stratégies de thérapie ciblée appelées « préconditionnement ». Ainsi, cette thèse a pour objet l’évaluation d’une stratégie de préconditionnement de CSM, afin d’en potentialiser l’action thérapeutique, dans le cadre du traitement de brûlures par CEA. Ce travail de thèse a été partagé en trois unités expérimentales. Tout d’abord la stratégie de préconditionnement a été mise au point sur des modèles de cicatrisation in vitro, permettant ainsi de souligner le rôle intéressant de l’interleukine-1β (IL-1β) et de la substance P (SP). Ensuite, l’efficacité et les mécanismes d’action de ces facteurs de préconditionnement ont été évalués in vitro, puis in vivo sur un modèle de plaie excisionnelle, en utilisant les CSM ou leurs produits de sécrétion. Il a ainsi pu être démontré que l’IL-1β améliorait l’efficacité des CSM en promouvant leur activité anti-inflammatoire, pro-migratoire et de remodelage. Il a également été montré que cet effet était en partie lié à un mécanisme impliquant la voie du TGF-β1. Enfin, la plus-value de cette stratégie thérapeutique a fait l’objet d’une étude in vivo sur un modèle de brûlure profonde mimant la prise en charge du patient sévèrement brûlé. Malgré divers problèmes techniques limitant la prise de greffe de CEA dans ce modèle, l’effet anti-inflammatoire et pro-angiogénique des CSM a pu être confirmé. Ces résultats semblent donc montrer l’intérêt d’une thérapie par CSM préconditionnées. Des études précliniques complémentaires sont maintenant requises pour vérifier la plus-value d’une telle thérapie dans le contexte de la brûlure cutanée. / Since the 1980’s, little progress has been made in the management of major burns, in spite of several research advances in the field of skin tissue engineering and regenerative medicine. Developed in 1975, Cultured Epithelial Autografts (CEA) are the last-in-date significant breakthrough, allowing patient survival in most critical cases. However, patients still have to cope with debilitating sequelae including hypertrophic scars, skin fragility, immunometabolic dysfunctions, chronic pain and post-traumatic stress disorder. Mesenchymal Stromal Cells (MSC) have raised an increasing interest during the past 50 years due to their trophic and immunomodulatory properties. Recent findings about their high plasticity to external stimuli have fostered the development of new targeted therapies known as “preconditioning strategies”. This PhD work thus aimed to assess a MSC preconditioning strategy for the treatment of major burns using CEA. The present work was divided into three main experimental parts. First, in vitro experiments were developed in order to set up the preconditioning strategy, and revealed the interesting role of both interleukin-1β (IL-1β) and substance P (SP). Then, both effectiveness and mechanism of action of these preconditioning modalities were assessed in vitro and in vivo, either using MSC or their secretory products. It was thus shown that IL-1β could potentiate MSC effectiveness through the promotion of pro-migratory, anti-inflammatory and pro-remodeling activities. This effect was shown to be partly mediated by the TGF-β1 signaling pathway. At last, this preconditioning strategy was evaluated in a third degree burn rat model mimicking the surgical treatment applied to severe burn patients. Despite technical hurdles limiting CEA engraftment, anti-inflammatory and pro-angiogenic properties of MSCs were confirmed in this model. These preliminary results underline the potential of a preconditioned MSC therapy in wound healing. Additional preclinical studies are now required to corroborate the benefit of such a therapy in major burns.

La survenue de la maladie du greffon contre l’hôte aiguë (GVHa) après l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) reste une source majeure de mortalité et morbidité pour laquelle des avancées thérapeutiques restent indispensables. Les lymphocytes NKT invariants (iNKT) possèdent de multiples propriétés à potentiel immuno-régulateur et anti-tumoral, mais peu de données existent chez l’homme dans le cadre de l’allogreffe de CSH. Nous avons récemment montré qu’une bonne reconstitution en iNKT post greffe ainsi qu’une bonne richesse et capacité d’expansion des iNKT du greffon, notamment du sous type CD4-, étaient corrélés à une moindre survenue de GVHa chez les patients. Ce travail avait pour objectif de déterminer quel sous type de iNKT humain pouvait réguler la réponse allo-immune et ses mécanismes d’action. Dans le modèle murin humanisé de xéno-GVH, chez la souris NSG, nous avons mis en évidence que le sous-type iNKT CD4- humain ,contrairement au sous type CD4+, permettait de diminuer la survenue de GVH et d’améliorer la survie des souris NSG greffées avec des PBMC humains enrichis ou non en lymphocytes iNKT. Nous avons montré de façon concordante, in vivo et in vitro, que les iNKT CD4- humains diminuent le profil Th1 et Th17 des lymphocytes T conventionnels et leur marqueurs d’activation après stimulation allo- et xéno-génique. Par ailleurs, les iNKT CD4- humains induisent la mortalité des cellules dendritiques in vitro et in vivo, contrairement au sous-type iNKT CD4+ qui induit leur maturation. Par contre, les iNKT CD4- n’ont pas d’impact sur les lymphocytes T régulateurs, ni sur la prolifération des T conventionnels. Ils n’altèrent pas non plus la qualité de la prise de greffe des cellules humaines dans la souris NSG. Nous concluons, que contrairement aux iNKT murins, le sous-type iNKT CD4- humain, et non pas CD4+, est capable de diminuer la survenue de xéno-GVH dans le modèle murin NSG par une régulation directe de la réponse immune allogénique. Ces résultats obtenus dans ce modèle préclinique ouvrent la possibilité d’une nouvelle thérapie cellulaire utilisant ces cellules chez l’homme pour prévenir la survenue de GVH aiguë. / The occurrence of acute graft versus host disease (aGVHD) after allogeneic stem cell transplantation (allo-SCT) is a major source of mortality and morbidity and new therapeutic advances are urgently needed. Despite the numerous immunomodulatory properties depicted for the iNKT lymphocytes, there are few studies of these lymphocytes in human allo-SCT and GVHD setting. We previously reported that a higher iNKT reconstitution in patients after allo-SCT and higher graft CD4- iNKT expansion rates, were associated with reduced risk of aGVHD in patients. In this study we aimed to assess a direct immune regulatory role of CD4+ or CD4- iNKT subsets and their mechanisms of action during the allo-immune response. We demonstrated that the human iNKT CD4- subset, but not the CD4+ subset, was associated with reduced xeno-GVHD and prolonged survival of humanized NSG mice infused with human PBSC with or without iNKT cells. We also concomitantly showed, both in vitro and in vivo, that human iNKT CD4- could dampen Th1 and Th17 conventional T cell allo and xeno-responses as well as T cell activation markers. In addition, whereas iNKT CD4+ could stimulate DC maturation, iNKT CD4- induced their apoptosis, in vitro and in vivo. We did not observe any impact on regulatory T cells and conventional T cell proliferation. iNKT CD4- did not impact the engraftment of human cells in NSG mice. We conclude that, by contrast with mice, in humans, the CD4- subset and not their CD4+ counterpart can directly down-regulate the allo-immune response. These results obtained in a robust humanized preclinical xeno-GVH mice model could open new strategies of cellular therapy in the prevention of acute GVHD.

La thérapie cellulaire est au centre de la médecine régénérative, une nouvelle avenue thérapeutique en constante évolution depuis les 2 dernières décennies, particulièrement pour les maladies touchant les organes avec très faible potentiel de régénération. Parmi les nombreuses populations de cellules souches identifiées jusqu’à présent, les cellules souches mésenchymateuses (MSC) offrent plusieurs avantages, notamment en cardiopathie ischémique. Les MSC originalement isolées de la moelle osseuse (MO) sont à présent isolées de plusieurs autres organes dont le tissu adipeux (cellules souches mésenchymateuses dérivées du tissu adipeux ASC), un organe facile d’accès et disponible en grande quantité chez l’humain. Les évidences précliniques et cliniques des MSC et ASC pointent vers une efficacité thérapeutique qui demeure limitée et nécessite une optimisation pour atteindre le potentiel de guérison et de réparation myocardique post injure ischémique. Malgré un potentiel de différenciation in vitro et in vivo, l’effet thérapeutique des cellules souches est lié aux nombreux médiateurs constituant leur sécrétome. Ainsi, afin d’optimiser l’impact thérapeutique, plusieurs méthodes ont été utilisées pour enrichir le sécrétome. Une de ces méthodes est la culture des cellules souches sous forme 3-D. Nous avons donc testé le potentiel thérapeutique des ASC sous forme de monocouche (ML pour Monolayer) et sous forme de sphéroïdes (SB pour spheroid bodies) dans deux modèles animaux différents. Ceci a été fait en testant l’efficacité d’une transplantation à distance sous cutanée. En utilisant un modèle de péritonite, les ASC sous forme SB et ML ont démontré un effet antiinflammatoire en réduisant l’infiltration de cellules inflammatoires, plus spécifiquement les neutrophiles et les macrophages. Dans un modèle d’ischémie reperfusion (I/R) du myocarde chez le rat, les ASC sous forme ML et SB ont diminué la cicatrice du myocarde. Les deux formes injectées ont réduit la présence de macrophages dans le myocarde, augmenté les cellules progénitrices endogènes c-kit+ ainsi que la densité vasculaire. Les SB ont démontré un impact plus significatif sur certains paramètres évalués tels la densité vasculaire et le recrutement de cellules progénitrices endogènes c-kit+. En conclusion, ces deux études ont permis de démontrer un potentiel pro-guérison des cellules souches, par l’entremise d’un effet endocrinien anti-inflammatoire. / The therapeutic potential of regenerative medicine and cell-based strategies have been in constant evolution for the last 2 decades, especially for the repair and healing of organs with minimal regenerative capacity such as the heart. Mesenchymal stem cells (MSC) represent a population of stem cells with great advantages. First isolated from bone marrow, they can now be readily isolated from different organs including adipose tissue. Adipose derived stem cells (ASC) are easily accessible, which is of great interest for clinical application. Beside their differentiation potential, the main therapeutic impact attributed to MSC and ASC has been through their secreted mediators i.e. via a paracrine phenomenon. Different strategies have been used to enhance the therapeutic impact of ASC, one of which consists of enriching the latter’s secretome by producing 3-D structures such as spheroid bodies. Monolayer (ML) and spheroid bodies (SB) were both used in two different animal models through remote (subcutaneous) transplantation. First, on a rat peritonitis model that proved that subcutaneous injection of the two forms reduced inflammation through decreased neutrophil and macrophage infiltration. Second, ML and SB were remotely transplanted on a rat myocardial ischemia reperfusion (I/R) model. The two forms reduced infarct scar, reduced macrophages, increased endogenous progenitor c-kit+ cells and enhanced vascular density in the infarct and peri-infarct area. SBs showed better impact on vascularization and endogenous progenitor cells recruitment compared to ML. Briefly, our studies demonstrated the efficacy of a remote ASC transplantation through an endocrine-like effect against inflammation, collagen deposition and vascularization.

Afin de permettre l’application chez l’homme de nouvelles technologies médicales comme la thérapie cellulaire régénératrice, il est primordial d’être en mesure de localiser in vivo les cellules transplantées à l’intérieur d'un tissu. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique de choix en raison de son excellente résolution anatomique. Par contre, l’utilisation d’un agent de contraste est nécessaire afin de marquer et de suivre à la trace des cellules implantées puisque leur contraste intrinsèque les rend difficiles à distinguer des tissus environnants. Les agents à effet de contraste négatif tel que les oxydes de fer sont les plus souvent envisagés pour effectuer un suivi cellulaire in vivo. Un problème se pose lorsqu’il est question de quantification ou de localisation précise d’une implantation cellulaire. En effet, la présence d’un artéfact négatif excédant le volume qu’occupent les cellules nuit à la précision de la technique. Pour ces raisons, ce projet porte sur l’élaboration d’une méthodologie de marquage de cellules cancéreuses employant un agent de contraste d’IRM générant un contraste positif. Ce projet de recherche avait pour but d’évaluer le potentiel des nanoparticules d’oxyde de manganèse (MnO) et d’oxyde de gadolinium (Gd2O3) comme agents de contraste pour le marquage cellulaire. Des nanoparticules synthétisées par des collègues ont été utilisées dans le cadre de ce projet. Le projet de maîtrise décrit ici est constitué de trois volets : 1) le développement d’un protocole d’analyse élémentaire des éléments chimiques Mn et Gd dans des cellules marquées d’agent de contraste; 2) l’élaboration d’une procédure de quantification du signal généré par des cellules marquées par un agent de contraste paramagnétique; et 3) la démonstration de la possibilité de suivre in vivo par IRM, des cellules marquées. Ce projet a été ponctué de mesures de viabilité cellulaire ainsi que d’études de microscopie à transmission (MET) cellulaire, permettant de démontrer l’internalisation des agents de contraste dans les cellules. Les cellules marquées ont été visualisées en IRM sous forme de culots de cellules de différentes tailles, puis implantées par stéréotaxie chez des souris afin de réaliser un suivi de la prolifération des cellules in vivo. Ces études ont permis de mesurer le signal d’IRM généré par des cellules cancéreuses marquées de nanoparticules de MnO et de Gd2O3, en utilisant des séquences dites « pondérées en T1». Ces études montrent que les nanoparticules paramagnétiques permettent de détecter plusieurs dizaines de milliers de cellules implantées localement ( 20 000). Cette limite intrinsèque devrait être prise en compte dans les procédures d’implantation utilisant des marqueurs paramagnétiques à base de Gd et de Mn. / To allow the application of new medical technologies such as regenerative cell therapy to humans, it is essential to be able to localize the tissue-implanted cells in vivo. Magnetic resonance imaging (MRI) is a technique of choice because of its excellent anatomical resolution. On the other hand, use of a contrast agent is required to label and keep track of the implanted cells as their intrinsic contrasts make them difficult to distinguish from surrounding tissue. Negative contrast agents like iron oxides are the most often considered tracking cells in vivo. A problem appears when quantification or determination of the exact location of a cell implantation is needed. Indeed, the presence of a negative artifact far exceeding the volume occupied by the cells compromises the accuracy of the technique. For these reasons, this project focuses on developing a methodology to label cancer cells using a positive contrast agent for MRI. This research project aims at evaluating the potential of manganese oxide (MnO) and gadolinium oxide (Gd2O3) nanoparticles as contrast agents for cell labeling. Nanoparticles synthesized by co-workers were used in this project. The master's project described here consists of three (3) components: 1) development of a valid protocol of elemental analysis of Mn and Gd quantification in labeled cells, 2) development of a procedure for quantification of the MRI signal generated by cells labeled with paramagnetic contrast agent, and 3) demonstrating of the in vivo track ability by MRI, cells labeled with a paramagnetic agent. This project was punctuated by measures of cell viability and cell visualisation by transmission electron microscopy (TEM), to demonstrate the internalization of contrast agents into cells. The labeled cells were visualized by MRI in the form of cell pellets of various sizes, and implanted in mice by stereotactic methods to achieve a monitoring of cell proliferation in vivo. These studies measure the MRI signal generated by cancer cells labeled by MnO and Gd2O3 nanoparticles, using "T1 weighted" sequences. These studies show that paramagnetic nanoparticles can detect tens of thousands of locally implanted cells ( 20 000). This inherent limit should be taken into account in the settlement procedures using Gd and Mn based labels.

Par la sécrétion d’adipokines, le tissu adipeux blanc viscéral présent chez des patients souffrant d’obésité promeut l’installation d’altérations métaboliques telles que l’intolérance au glucose, la résistance à l’insuline et le diabète de type 2. Les complications cardiovasculaires, en particulier l’athérosclérose, sont les principales causes de mortalité chez les patients atteints de diabète de type 2. Il a été démontré que la fraction vasculaire stromale du tissu adipeux est composée de cellules régénératives dérivées du tissu adipeux (CRTA) et que ces cellules possèdent des caractéristiques des cellules progénitrices stromales (CPS). L’impact de l’intolérance au glucose et du diabète de type 2 sur les adipocytes sont assez bien documentés. Par contre, les conséquences de ces pathologies sur le comportement des CRTA n’ont pas été mesurées d’une façon approfondie. Plus particulièrement, l’impact de ces altérations métaboliques sur le potentiel de différenciation des CRTA en adipocytes et en cellules endothéliales n’a pas été étudié. Ce projet a pour but d’évaluer, dans un modèle murin, l’effet de ces altérations métaboliques sur l’équilibre de la différenciation in vitro des CRTA en adipocytes ou en cellules endothéliales. L’intolérance au glucose et le diabète de type 2 ont été induit chez les souris par la prise de deux diètes riches en acides gras de provenance végétale (DV) ou animale (DA). L’impact de l’origine des acides gras sur la différenciation des CRTA a également été étudié. Pour ce faire, une mise au point de la culture cellulaire des CRTA s’est avérée nécessaire et compte pour une partie de ces travaux de maîtrise. Nos travaux ont démontré en premier lieu, que le DMSO est un agent qui conserve la viabilité et les propriétés progénitrices des CRTA suite à leur congélation. De plus, parmi les matrices testées, le collagène s’est avéré être celle qui conserve le mieux les caractéristiques des progéniteurs et même, qui enrichie la population cellulaire ensemencée en cellules progénitrices. La densité cellulaire des cellules non-adipeuses du tissu adipeux s’avère être significativement plus élevée chez les souris du groupe de la DV comparativement aux souris contrôles. De plus, l’évaluation in vitro de la différenciation adipogénique démontre un potentiel de différenciation plus important pour les CRTA provenant des souris de la DV par rapport au groupe contrôle et à la DA. Cependant, la différenciation en cellules endothéliales est inhibée chez les CRTA de la DV, comparativement à un retard de ce processus pour la DA. Nos travaux suggèrent que le potentiel de différenciation adipogénique et endothéliale des CRTA est affecté par le statut métabolique des souris ainsi que par la nature de la diète. Ces résultats mettent en lumière pour la première fois l’importance d’évaluer le comportement des CRTA en fonction du statut métabolique du donneur, un paramètre pouvant avoir un impact majeur dans l’utilisation des CRTA autologues en thérapie cellulaire pour la réparation de tissus vasculaires chez des patients diabétiques. / The secretion of a large number of bioactive mediators by adipose tissue in abdominal obesity promotes metabolic diseases such as glucose intolerance, insulin resistance and type 2 diabetes. Cardiovascular complications, in particular atherosclerosis, are the leading causes of mortality in patients with type 2 diabetes. It has been shown that the stromal vascular fraction of adipose tissue comprised adipose-derived regenerative cells (ADRC) and that these cells possess progenitor cells characteristics. Effects of glucose intolerance and type 2 diabetes on adipocytes are well documented. However, consequences of these pathologies on ADRC behaviors are not well understood. Particularly, the impact of these metabolic alterations on the adipogenic and endothelial differentiation potential of ADRC has not been investigated. Aim of this project was to evaluate, in a murine model, the effect of these metabolic alterations on the balance of the in vitro ADRC differentiation into adipocytes or endothelial cells. Glucose intolerance and type 2 diabetes were induced in mice by the intake of two high-fat diets enriched in vegetal (VD) or animal (AD) fat. The impact of the fat origin on the ADRC differentiation was then evaluated. To do this, the development of cellular culture conditions of ADRC was necessary and an important part of this work. Our results suggest that DMSO is an efficient cryoprotective agent that conserves the viability and progenitor properties of ADRC following their freezing. Moreover, among tested scaffolds for the culture of ADRC, collagen is the best matrix to maintain progenitor characteristics and this matrix enriched the cellular population in progenitor cells. The cellular density of non-adipose cells fraction in the adipose tissue was significantly more elevated for VD mice than for the control group. The in vitro evaluation of adipogenic differentiation demonstrated an increase in the differentiation potential for ADRC from VD group compared to AD and control groups. In addition, the endothelial differentiation was abrogated for ADRC from VD group, compared to a delayed one for AD. These results suggest that the adipogenic and endothelial differentiation potential of ADRC and, consequently, the balance between emerging mature cells, are affected by the metabolic status of mice together with the nature of fatty acids. These results highlight, for the first time, the importance to evaluate the ADRC behavior in function to the metabolic status of donor, a parameter that could have an important impact in the use of autologous ADRC in cell-based therapy for the repair of injured vascular tissues in diabetic patients.