Introduction : L'Accident Vasculaire Cérébral (AVC) est la 1ère cause de handicap acquis chez l'adulte, dans les pays industrialisés. 20% des patients décèdent dans le mois qui suit, 75% des survivants gardent des séquelles définitives, 33% deviennent dépendant à vie. Il n'existe pour l'heure aucune thérapie de récupération quand les déficits fonctionnels sont en place hormis la rééducation. Chez l'homme, 80% des AVC thrombotiques touchent l'artère cérébrale moyenne, qui irrigue le cortex moteur primaire (M1). M1 projette des axones jusque dans la moelle épinière et forme le Faisceau Cortico Spinal (FCS). Après une atteinte de M1, ce faisceau dégénère et cela induit des déficits fonctionnels de force et de dextérité. M1 est indispensable pour les mouvements volontaires dextres garants de l'indépendance du patient. Objectif : Mise au point d'un modèle de lésion cérébrale, chez un primate non humain, le marmouset, qui permette d'évaluer la récupération fonctionnelle motrice afin d'étudier l'effet de neuro-implants. Méthode : 14 marmousets ont servi à caractériser le nouveau modèle lésionnel induit par une injection stéréotaxique d'une toxine inhibant le métabolisme cellulaire. Des tests comportementaux, évaluant le score neurologique, la dextérité et la force de traction du membre supérieur, ont permis d'évaluer la récupération fonctionnelle en phase aiguë, subaiguë et chronique jusqu'à 6 mois après la lésion. Le suivi longitudinal structural et fonctionnel de la lésion et de la récupération a été réalisé par IRM (T1, T2, DTI). Le suivi de l'intégrité du FCS a été étudié, pour la première fois chez le marmouset, grâce à une technique (ME-MRI, manganese-enhanced-MRI) utilisant un agent de contraste injecté directement dans le cortex M1, capté par les neurones et traçant les voies neuronales. Une étude pilote sur 3 marmousets a testé l'effet de neuro-implants microstructurés dans la lésion cérébrale associés à l'injection de chondroïtinase ABC (enzyme de dégradation de la matrice extracellulaire). / Introduction: Stroke is the first leading cause of acquired handicap and disability in adults in industrialized countries. 20% of patients die in the following month, 75% of survivors remain with definitive sequelae, 33% become dependent for life. No therapy in the recovery phase exists today when functional deficits are installed except rehabilitation. In human, 80% of thrombotic stroke affect middle cerebral artery, which supplies the primary motor cortex (M1). M1 projects axons to the spinal cord and forms the CorticoSpinal Tract (CST). After an M1 insult, this tract degenerates and functional deficits of force and dexterity are induced. M1 is essential for voluntary dexterous movements that make patients independent. Objective: Setting up of a cerebral lesion model in a non-human primate, the marmoset, where the functional motor recovery can be assessed in order to study thereafter the effect of neuro-implant. Methods: 14 marmosets served to characterize the new lesion model induced by stereotaxic injection of a toxin inhibiting the cellular metabolism. Behavioral tests assessing the neurological score, dexterity and pulling strength of the upper limb, could assess the functional recovery in the acute, sub-acute and chronic phases until 6 months after the lesion. The longitudinal structural and functional follow-up after the lesion and during the recovery was done with MRI (T1, T2, EPI, DTI). The follow-up of the integrity of the CST was studied for the first time in the marmoset with a technic (ME-MRI, manganese-enhanced-MRI) using a contrast agent injected directly in the cortex M1, taken up by neurons and that traced neuronal tracts. A pilot study on 3 marmosets tested the effect of micro-patterned neuro-implants in the cerebral lesion associated with the injection of chondroïtinase ABC (enzyme of extracellular matrix degradation).

Induced pluripotent stem cells (iPSC) have the capacity to self renew and differentiate into a myriad of cell types making them potential candidates for cell therapy and regenerative medicine. The goal of this thesis was to determine the characteristics of equine iPSC (eiPSC) that can be harnessed for potential use in veterinary regenerative medicine. Trauma to a horse’s limb often leads to the development of a chronic non-healing wound that lacks a keratinocyte cover, vital to healing. Thus, the overall hypothesis of this thesis was that eiPSC might offer a solution for providing wound coverage for such problematic wounds. Prior to considering eiPSC for clinical applications, their immunogenicity must be studied to ensure that the transplanted cells will be accepted and integrate into host tissues. The first objective of this thesis was to determine the immune response to eiPSC. To investigate the immunogenicity of eiPSC, the expression of major histocompatibility complex (MHC) molecules by the selected lines was determined, then the cells were used in an intradermal transplantation model developed for this study. While transplantation of allogeneic, undifferentiated eiPSC elicited a moderate cellular response in experimental horses, it did not cause acute rejection. This strategy enabled the selection of weakly immunogenic eiPSC lines for subsequent differentiation into lineages of therapeutic importance. Equine iPSC offer a potential solution to deficient epithelial coverage by providing a keratinocyte graft with the ability to differentiate into other accessory structures of the epidermis. The second objective of this thesis was to develop a protocol for the differentiation of eiPSC into a keratinocyte lineage. The protocol was shown to be highly efficient at inducing the anticipated phenotype within 30 days. Indeed, the eiPSC derived vi keratinocytes (eiPSC-KC) showed both morphologic and functional characteristics of primary equine keratinocytes (PEK). Moreover, the proliferative capacity of eiPSC-KC was superior while the migratory capacity, measured as the ability to epithelialize in vitro wounds, was comparable to that of PEK, suggesting exciting potential for grafting onto in vivo wound models. In conclusion, equine iPSC-derived keratinocytes exhibit features that are promising to the development of a stem cell-based skin construct with the potential to fully regenerate lost or damaged skin in horses. However, since eiPSC do not fully escape immune surveillance despite low MHC expression, strategies to improve engraftment of iPSC derivatives must be pursued. / Les cellules souches pluripotentes induites (iPSC) ont la capacité de s'auto renouveler et de se différencier en une myriade de types cellulaires, ce qui en fait des outils intéressants pour la thérapie cellulaire et la médecine régénérative. Le but de cette thèse était de déterminer les caractéristiques des iPSC équines (eiPSC) qui peuvent être exploitées pour l'usage potentiel en médecine régénérative vétérinaire. Chez le cheval, une plaie cutanée est souvent cicatrisée par seconde intention et est sujette à de nombreuses complications lorsque située sur le membre, notamment une épithélialisation lente. Ainsi, l'hypothèse globale de cette thèse était que les eiPSC pourraient offrir une solution novatrice de couverture pour de telles blessures. Avant d'envisager l’utilisation d'eiPSC à des fins cliniques, leur immunogénicité doit être étudiée afin de s'assurer que les cellules transplantées seront acceptées et intégrées dans les tissus du receveur. Le premier objectif de cette thèse était de définir la réponse immunitaire suscitée par les eiPSC. Afin d'étudier l'immunogénicité d'eiPSC, l'expression de molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) des lignes choisies a été déterminée, puis les cellules ont été utilisées dans un modèle de transplantation intradermique développé pour cette étude. Bien que la transplantation allogénique d'eiPSC non différenciées ait induit une réponse cellulaire modérée chez les chevaux d'expérimentation, elle n'a pas provoqué de rejet. Cette stratégie a permis la sélection de lignées d'eiPSC faiblement immunogènes pour la différenciation ultérieure en des lignées d'importance thérapeutique. Les eiPSC représentent une solution intéressante et qui, par l’entremise du développement d’une lignée de kératinocytes, pourraient servir à la création d’une greffe ayant la capacité de former non seulement l’épithélium manquant mais aussi d'autres structures accessoires de l'épiderme. Le deuxième objectif de cette thèse était donc de iv développer un protocole pour la différentiation des eiPSC en lignée de kératinocytes. Un protocole visant cette différenciation fut ainsi développé et ce dernier a démontré une grande efficacité à produire le phénotype attendu dans une période de 30 jours. En effet, les kératinocytes dérivés d'eiPSC (eiPSC-KC) ont montré des caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des kératinocytes primaires équins (PEK). En outre, la capacité de prolifération d'eiPSC-KC est supérieure tandis que la capacité migratoire, mesurée comme l'aptitude à cicatriser les plaies in vitro, est comparable à celle du PEK. En conclusion, les eiPSC-KC ont des caractéristiques intéressantes pour le développement d'un substitut cutané à base de cellules souches, ayant le potentiel de régénérer la peau perdue lors de trauma ou de maladie, chez le cheval. Cependant, parce que les eiPSC n'échappent pas totalement à la surveillance immunitaire, malgré une faible expression du MHC, des stratégies pour améliorer la prise de greffe eiPSC-KC doivent être élaborées.

Garantir la qualité des produits sanguins est crucial. Les lysats plaquettaires (LP) riches en facteurs de croissance (FC) s’imposent comme le complément idéal pour l’expansion ex vivo des cellules souches, et comme produit thérapeutique pour la régénération cellulaire. L’intérêt est croissant pour les microparticules (MPs) extracellulaires, mais l’expression de phosphatidylsérine à leur surface peut induire des effets thrombotiques et inflammatoires. L’autre risque transfusionnel, la transmission de virus, dont le virus de l’hépatite C (VHC), est maîtrisable par traitements de réduction virale par solvant/détergent (S/D), chauffage, ou nanofiltration. Nous avons étudié des technologies de sécurisation des produits sanguins: (a) élimination des MPs par nanofiltration sur filtres de 75 nm et (b) traitements S/D, chauffage à 56°C ou nanofiltration pour inactiver ou éliminer le VHC. Les informations ont été utilisées pour développer des LP utiles en médecine régénérative. L’un d’eux destiné à la neurorégénération, a été préparé en émettant l’hypothèse qu’un lysat de culot plaquettaire (LCP) enrichi en facteurs neurotrophiques et dépourvu de protéines plasmatiques se montrerait efficace contre les maladies neurodégénératives. Nos résultats montrent que la nanofiltration sur des filtres de 75 nm préserve la composition en protéines plasmatiques, et le pouvoir hémostatique. La nanofiltration retire les MPs et évite, in vitro, la génération de thrombine. Par ailleurs le traitement S/D à 31°C pour 30 minutes élimine le pouvoir infectieux du VHC. Pris globalement les traitements de nanofiltration et S/D apparaissent donc comme des méthodes de choix pour l’amélioration de la sécurité du plasma vis à vis de risques thrombogènes et infectieux. Nous avons ensuite préparé un LCP appauvri en protéines plasmatiques (dont le fibrinogène) et enrichi en un mélange pléiotrope physiologique de FC destiné à l’administration cérébrale. Les analyses par ELISA et par protéomique ont montré qu’un chauffage de 56°C pour 30 min réduisait le contenu en protéines et modifiait favorablement la composition relative en facteurs neurotrophiques. Par ailleurs le chauffage améliore l’action neuroprotectrice et, associé aux traitements S/D et de nanofiltration, contribue à l’inactivation du VHC. Ce LCP exerce une neuroprotection élevée dans des modèles de la maladie de Parkinson (MP) tout à la fois (a) in vitro (cellules LUHMES différentiées en neurones dopaminergiques et exposées au MPP+) et (b) in vivo (souris intoxiquées par MPTP). L’expression de la tyrosine hydroxylase (TH) dans la Substantia nigra pars compacta montre que l’administration intracérébroventriculaire (ICV) ou intranasale (i.n.) apparait comme une option thérapeutique possible des maladies neuro-dégénératives. Les études cellulaires In vitro sur LUHMES et NSC34 ont montré que l’inhibition spécifique des voies signalétiques relayées par AkT et ERK altère l’activité neuroprotectrice du LC. Des événements neuro-inflammatoires pouvant aggraver l’évolution des maladies neurodégénératives, nous avons vérifié que le LCP n’induit pas de marqueurs inflammatoires (COX-2, iNOS) chez des cellules microgliales BV2, et pouvait même diminuer celle de COX-2 après exposition à des lipopolysaccharides. De plus, nous avons identifié que le LCP contenait 1.7 x 1012 MP/mL d’une taille moyenne de 160 nm. Isolées, ces MPs pourraient exercer un rôle neuroprotecteur des cellules LUHMES exposées à des agents neurotoxiques. En conclusion, nos résultats montrent la faisabilité technique à préparer des lysats plaquettaires viro-inactivés pour des usages dans le domaine de la médecine régénérative, y compris comme agent neuroprotecteur du système nerveux central. / Ensuring quality and safety of blood products is crucial. Platelet lysates (PL) rich in growth factors (GFs) have emerged as ideal clinical-grade supplement for ex vivo expansion of mesenchymal stromal cells, and as therapeutic product promote cellular regeneration. Interest for platelet extracellular microparticles (MPs) is growing but expression of phosphatidylserine on their surface may cause thrombotic and inflammatory side effects. Another transfusional risk, transmission of viruses, including hepatitis C virus (HCV), can be fully controlled by dedicated viral reduction methods as solvent/detergent (S/D) or heat treatments, or nanofiltration. We have evaluated technologies to secure therapeutic blood products: (a) removal of MPs by 75nm-nanofiltration and (b) inactivation/removal of HCV by S/D or 56°C heat treatments, or nanofiltration. Data have been used to develop LP of interest for regenerative medicine. In particular, one, targeting neuroregenerative applications, has been prepared based on the hypothesis that a platelet pellet lysate (PPL) enriched in multiple neurotrophic growth factors and depleted of plasma proteins could exert potent neuroprotective actions in neurodegenerative disease models. Our data show that 75 nm-plasma nanofiltration preserved plasma protein biochemical profile, and hemostatic power. Nanofiltration removes MPs and avoids in vitro the generation of thrombin. In addition, the S/D treatment at 31°C for 30 minutes fully inactivates HCV infectivity. Therefore, altogether, nanofiltration and S/D emerge as choice procedures to improve the safety of plasma for thrombogenic and infectious risks. We have then prepared a PPL depleted of plasma proteins (in particular fibrinogen), and rich in a physiological pleiotropic mixture of neurotrophins for brain administration. ELISA and proteomics studies revealed that the heat-treatment at 56°C for 30 min decreased the protein content and favorably modified the relative composition in neurotrophic factors. Heat-treatment improved the neuroprotective activity and, together with S/D and nanofiltration contributed to HCV inactivation. This PPL exerted strong neuroprotective effects in Parkinson’s disease (PD) models (a) in vitro, using LUHMES cells exposed to MPP+ neurotoxin, and (b) in vivo, in mice intoxicated by MPTP neurotoxin. Expression of tyrosine hydroxylase (TH) in the Substantia nigra pars compacta indicated that brain delivery by intracerebroventricular (ICV) or intranasal (i.n.) administration may be a therapeutic option for disease-modifying strategies of neurodegenerative diseases. In vitro studies in LUHMES and NSC34 cells showed that specific inhibition of signal transduction pathways through AkT and ERK influenced PPL neuroprotective function. Since neuro-inflammation detrimentally affects neurodegenerative disorders, we verified that the PPL did not stimulate the release of inflammatory markers (e.g. COX-2, iNOS) by BV2 microglial cells in culture, and could even restrict COX-2 expression when cells were exposed to LPS. In addition, the PPL was found to contain 1.7 x 1012 MP/mL with a mean size of 160 nm. These MPs may exert neuroprotective activity on LUHMES cells exposed to neurotoxins. Altogether, our data demonstrate the technical feasibility of developing virally-safe customized platelet lysate preparations with specific applications for cell therapy and regenerative medicine, in particular as neuroprotective agents of the central nervous system.

Utilisée depuis plus d'un siècle en chirurgie esthétique, la greffe autologue de tissu adipeux, ou lipofilling, est une technique sûre permettant le comblement des tissus mous. Cependant, bien que la technique ait connue de nettes améliorations au cours du temps, les chirurgiens font toujours face à une résorption du greffon qui oblige dans la majorité des cas à planifier plusieurs autres interventions afin que le résultat esthétique soit en adéquation avec les attentes du patient. Le procédé MICROFILL® a été développé dans le but d'augmenter le taux de prise de greffe en favorisant la survie cellulaire au sein du greffon. Cette dernière est optimisée par : un prélèvement et une réinjection de lobules adipeux de petite taille permettant de diminuer l'ischémie et la mauvaise nutrition des cellules - une élimination des éléments délétères (anesthésiques, cytokines inflammatoires) par un protocole de lavages et centrifugations non traumatique. D'autre part, au cours de ces dernières années, le tissu adipeux s'est révélé posséder un pouvoir thérapeutique plus important par l'hébergement de cellules souches mésenchymateuses au fort potentiel. Ces cellules sont présentes en grande quantité et facilement accessibles à partir d'une simple lipoaspiration. Cependant, la lipoaspiration implique bien souvent l'usage d'un anesthésique local et d'un vasoconstricteur qui peuvent nuire aux cellules. Nos études ont en effet montré que la lidocaïne, un anesthésique couramment utilisé, est cytotoxique pour les cellules souches du tissu adipeux, ayant pour effets l'inhibition de la prolifération cellulaire (arrêt du cycle cellulaire en phase G0-G1) et la nécrose des cellules. En revanche, une manipulation appropriée du tissu adipeux, se rapprochant du protocole MICROFILL®, permet de diminuer la mortalité cellulaire. L'effet délétère de la lidocaïne semble lié à l'apparition d'une vacuolisation cytoplasmique dont la nature est à ce jour non élucidée. De plus, la lidocaïne induit également un processus d'autophagie, dont les mécanismes moléculaires d'induction sont eux aussi inconnus et dont la finalité physiologique serait le maintien en vie de la cellule malgré le stress provoqué. Les conclusions de ces études mènent à certaines recommandations à suivre quant à l'usage de la lidocaïne en vue de la réinjection extemporanée de cellules souches adipeuses chez un patient. Aussi, dans le but de traiter les tendinopathies équines, ces études ont permis d'optimiser le protocole de prélèvement du tissu adipeux chez le cheval ainsi que le protocole d'extraction des cellules souches du tissu adipeux. Cette thèse a finalement permis de développer un kit à usage vétérinaire permettant de traiter les tendinopathies équines. Ce nouveau procédé de thérapie cellulaire a été testé chez des chevaux et s'est avéré très prometteur, permettant la régénération de la structure tendineuse et un retour au travail rapide des chevaux. / Despite the dark side of obesity in the pathogenesis of metabolic diseases, adipose tissue has been shown to be a good therapeutic tool. First, autologous fat grafting, also named lipofilling, has been used for over a century and represents a safe technique for soft tissue filling. However, although the technique has seen marked improvements over time, surgeons are still facing graft resorption that often requires overcorrection of the treated area or other interventions so that the aesthetic result is in line with expectations of the patient. Thus, MICROFILL® process has been developed in order to increase the rate of engraftment by promoting cell survival within the graft. The latter is enhanced by: - sampling and reinjection of small fat lobules in order to reduce ischemia and poor nutrition of the cells- elimination of deleterious elements (anesthetics, inflammatory cytokines) by a non-traumatic protocol involving soft centrifugations and washings. Furthermore, in recent years, adipose tissue has been found to have a greater therapeutic power by hosting mesenchymal stem cells with great potential. These adipose stem cells (ASCs) are present in large quantities and can be easily obtained from a simple liposuction. However, liposuction procedure often involves the use of a local anesthetic and a vasoconstrictor that can harm cells. Our studies have shown that lidocaine, an anesthetic commonly used, exerts cytotoxic effects on adipose stem cells, inhibiting cell proliferation (cell cycle arrest in G0-G1 phase) and inducing necrosis. Nonetheless, appropriate handling of adipose tissue, quite similarly to MICROFILL® protocol, reduces cell death. The deleterious effects of lidocaine appear to be related to the occurrence of cytoplasmic vacuolization whose nature is so far unclear. In addition, lidocaine also induces a process of autophagy, including molecular mechanisms of induction also unknown and whose physiological purpose could be cell survival despite the stress. The findings of these studies lead to some recommendations to follow regarding the use of lidocaine for the extemporaneous reinjection of ASCs in a patient. Also, in order to treat equine tendinopathy, these studies have been used to optimize adipose tissue harvest by liposuction on horses and the protocol of extraction of ASCs.Finally, this thesis has allowed developing a kit for veterinary use to treat equine tendinopathy. This new method of cell therapy has been tested in horses and has shown very promising results for tendon regeneration, knowing that treated horses could rapidly return to work.

La lésion de nerfs périphériques peut engendrer des déficits moteurs et/ou sensoriels permanents. En dépit des progrès techniques réalisés au cours de ces 25 dernières années, une récupération complète suite à ces lésions n’est pas encore possible aujourd'hui. L’autogreffe nerveuse, toujours considérée comme le standard clinique, est la seule technique capable d’offrir les meilleurs résultats en termes de récupération fonctionnelle. Cependant, la survenue de complications post-opératoires lors d’autogreffes d’un nerf et la quantité limitée de nerfs disponibles conduisent à mettre au point d’autres stratégies alternatives. Dans ce contexte, la mise au point de biomatériaux pour substituts nerveux devient une nécessité clinique. Malgré les efforts de la recherche, ces prothèses ne permettent toujours pas une régénération du nerf à la hauteur de l’autogreffe. Le biomatériau utilisé doit notamment présenter des propriétés physiques et chimiques proches de celui du nerf natif. La soie, aux propriétés mécaniques uniques, représente une bonne alternative pour mettre au point ce type de prothèses. En effet, la protéine de soie déjà utilisée dans le domaine biomédical est biocompatible. Les modifications chimiques de cette protéine améliore et favorise l’adhérence et la croissance cellulaires par l’incorporation de facteurs de croissance ou d’autres molécules d'intérêt. Ce travail de thèse propose de développer un nouveau type de biomatériau à base de soie fonctionnalisée par deux facteurs de croissance : le Nerve Growth Factor (NGF) et le Ciliary NeuroTrophic Factor (CNTF). Étant donné l’architecture complexe qui compose la structure nerveuse, une matrice supportant la repousse des tissus de façon orientée semble primordiale. Nous démontrons, dans un premier temps, le pouvoir de ces nanofibres alignées (produites par electrospinning) à orienter la régénération tissulaire de différents organes par culture d’explants. Les nanofibres de soie alignées, biocompatibles sont bio-activées par ajout de NGF spécifique de la régénération nerveuse. Cette matrice créée présente un gradient de concentration en NGF qui permet d’orienter la repousse axonale en stimulant la croissance axonale dans une seule direction. Afin d’optimiser la croissance de deux populations cellulaires, nous avons incorporé du CNTF pour produire des nanofibres bifonctionnalisées. Ces nanofibres bifonctionnalisées ont conduit à une longueur des neurites 3 fois plus grande à leurs contacts, stimulant la croissance des cellules gliales. Ainsi, nous avons produit des conduits nerveux à base de soie biofonctionnalisée pour implantation chez le rat. Les analyses physico-chimiques et les propriétés mécaniques démontrent le caractère biomimétique de nos tubes de guidage. Les premières études de la locomotion et l’observation de coupes du nerf sciatique de rat, suite à l’implantation de nos conduits donnent des résultats très prometteurs. L’ensemble de ces travaux démontre l’efficacité de nos guides nerveux à base de soie et les présente comme une alternative prometteuse à l’autogreffe nerveuse pratiquée en clinique. / Peripheral nerve injury causes sensory and/or motor functions deficits. Despite technological advances over the past 25 years, a complete recovery from these injuries remains unsatisfactory today. The autograft still considered the "gold standard" in clinical practice. This is the only technique able to offer complete functional recovery. However, the occurrence of postoperative complications in autologous nerve and the limited amount of available nerves lead to develop alternatives strategy.In this context, development of nerve graft substitutes becomes by far a clinical necessity. Despite research efforts, these artificial prostheses design based on biomaterial doesn’t allow nerve regeneration as found in autograft nerve procedures. The biomaterial used must have the physical and chemical properties similar to that of the native nerve. Silk, well known for its unique mechanical properties, proposes a good alternative to develop these prostheses. Indeed, the silk protein is commonly used in the biomedical field and regenerative medicine. This protein biocompatibility may be improved through chemical modifications to promote adhesion and cell growth by the incorporation of growth factors or other molecules of interest. Therefore, this thesis proposes to develop a new type of functionalized silk biomaterial based on two growth factors : Nerve Growth Factor (NGF) and Ciliary NeuroTrophic Factor (CNTF). Given the complex architecture that consists of nerve structure, a matrix which is able to support and manage the outgrowth of tissue becomes essential. We demonstrate the power of these aligned nanofibers (produced by electrospinning) to guide and manage tissue regeneration from different organ explants culture. Aligned silk nanofibers, were biocompatible and bio-activated by adding NGF involved for nerve regeneration. This matrix has been created with a concentration gradient of NGF to guide neuritis outgrowth in only one direction. The presence of this gradient demonstrated a better axonal growth in one direction versus the uniform concentration conditions. Nerve cells consist essentially of two cell populations which are neurons and Schwann cells. To optimize the culture and growth of these two populations, in addition to NGF, we incorporated CNTF to produce bifunctionalized nanofibers. These biofunctionalised nanofibers led to a length 3 times larger on contact with neurites. The glial cells growth, alignment and migration were stimulated by CNTF. Thus, we produced bi-functionalized nerve guidance conduits for rat implantation. The physico-chemical analyzes demonstrate the biomimetic of our guide tubes. Early studies of locomotion and observing histological sections of rat sciatic nerve, following the implementation of our conduits gave very promising results.These studies demonstrate the relevance of our nervous guides’ silk-based developed as an effective alternative to nerve autograft performed in the clinic.

Une approche de la médecine régénérative du système nerveux consiste à développer des substituts biologiques avec une fonction réparatrice en utilisant des cellules souches et des biomatériaux qui peuvent être recouverts des molécules de la matrice extracellulaire. Nous avons ainsi développé des microcarriers pharmacologiquements actifs, MPA. Ce sont des microsphères (MS) polymériques à base de PLGA, biodégradables et biocompatibles, recouvertes des molécules d’adhérence qui fournissent un support en 3-dimensions aux cellules. Les microcarriers ainsi associés aux cellules souches permettent, après implantation, d’augmenter la survie et de maintenir l’état de différenciation des cellules qu’ils portent,renforçant leurs effets de réparation tissulaire. Ces MPA peuvent également libérer des facteurs de croissance encapsulés et afin d’améliorer le relargage de protéines encapsulées une nouvelle combinaison de polymère : PLGA-Poloxamer188 (P188) -PLGA a été développé dans notre laboratoire. Il a aussi été montré que les MPA de PLGA-P188-PLGA fonctionnalisées avec de la fibronectine et poly-D-lysine induisaient une meilleure prolifération de cellules souches mésenchymateuses que les MPA de PLGA.Ces cellules sont très largement utilisées en médecine régénérative car elles sont faciles à prélever, se trouvant dans la moelle osseuse, et capables de se différencier vers le lignage chondrogénique, ostéogénique et dans certaines conditions, neuronale. Nous travaillons avec une sous population de ces cellules appelées cellules MIAMI (marrow isolated adult multilineage inducible) qui s’engagent vers une différenciation en cellule neuronale après un traitement avec 2 facteurs de croissance (EGF/ bFGF) et sur un support matriciel de laminine. Dernièrement, il a été mis en évidence que les propriétés physicochimiques des supports polymériques régissent également le comportement des cellules souches(adhésion, survie et différenciation). L’objectif de cette étude est d’étudier l’effet des propriétés physicochimiques et mécaniques des surfaces i) des MS sur l’adsorption de laminine et poly-D-lysine et ii) des MPA sur l’adhérence et la différenciation neuronale des cellules MIAMI. Nous avons montré que la présence du bloc hydrophile « poloxamère 188 » dans la composition du polymère PLGA-P188-PLGAdiminue l’adsorption de molécules d’adhérence en formant une couche sur ces surfaces. Sur les MPA de PLGA, les molécules d’adhérence s’adsorbent bien quelle que soit la charge globale des molécules. Cesdeux MPA ont une charge globale positive et permettent l’attachement de cellules à leur surface. Cependant, l’adhérence à court terme de cellules est plus forte sur les MPA de PLGA comparé aux MPA de PLGA-P188-PLGA mais à la longue les cellules finissent par adhérer aux deux supports. Le PLGAP188-PLGA présente une forte énergie libre de surface et ces MPA présentent une surface moins rigide que les MPA de PLGA. Nos résultats suggèrent que ces caractéristiques de surface permettent aux cellules d’adhérer malgré la faible quantité de laminine sur ces supports. A long terme les cellules présentent le même comportement quel que soit le type du support. Elles se différencient en cellule de type neuronal exprimant des marqueurs de neurone mature comme le neurofilament et nous trouvons le même nombre de cellules adhérées à leur surface. En outre, nous avons montré que les cellules sont capables de sécréter de la même manière des molécules de la matrice extracellulaire sur les deux types de MPA expliquant probablement la similitude de comportement à long terme. / An approach to regenerative nervous system medicine is to develop biological substitutes with restorative function using stem cells and biomaterials that can be coated with extracellular matrix molecules. We have developed pharmacologically active microcarriers, PAMs. These are PLGA based, biodegradable and biocompatible polymeric microspheres (MS) coated with adhesion molecules that provide 3-dimensional support for cells. The microcarriers thus associated with the stem cells make it possible, after implantation, to increase the survival and maintain the state of differentiation of the cells they carry, reinforcing their tissue repair effects. These PAMs can also release encapsulated growth factors and to enhance the release of encapsulated proteins a new polymer combination: PLGA-Poloxamer188 (P188) -PLGA has been developed in our laboratory. It has also been shown that PLGA-P188-PLGA PAMs functionalized with fibronectin and poly-Dlysineinduce better proliferation of mesenchymal stem cells than PLGA PAMs. These cells are very widely used in regenerative medicine because they are easy to collect, found in the bone marrow, and able to differentiate towards the chondrogenic lineage, osteogenic and under certain conditions,neuronal. We are working with a subpopulation of these cells called MIAMI cells (marrow isolated adult multilineage inducible) that engage in neuronal cell differentiation after treatment with 2growth factors (EGF / bFGF) and on a laminin matrix support. Recently, it has been demonstrated that the physicochemical properties of polymeric supports also regulate the behavior of stem cells (adhesion, survival and differentiation). The objective of this study is to study the effect of physicochemical and mechanical properties of surfaces i) MS on laminin and poly-D-lysineadsorption and ii) PAMs on adhesion and neuronal differentiation of MIAMI cells. We have shown that the presence of the hydrophilic "poloxamer 188" block in the PLGA-P188-PLGA polymer composition decreases the adsorption of adhesion molecules by forming a layer on these surfaces.On PLGA PAMs, the adhesion molecules adsorb well regardless of the overall charge of the molecules. These two PAMs have a positive overall charge and allow the attachment of cells to their surface. However, in short-term cell adhesion is stronger on PLGA PAMs compared to PLGA-P188-PLGA PAMs, but in the long-term the cells eventually adhere to both supports. PLGA-P188-PLGAhas a high free surface energy and these PAMs have a less rigid surface than PLGA PAMs. Our results suggest that these surface characteristics allow cells to adhere despite the low amount of laminin on these supports. In the long-term the cells exhibit the same behavior whatever the type of PAMs. They differentiate into neuronal cells expressing mature neuron markers such as the neurofilament-M and we find the same number of cells adhered to their surface. Furthermore, we have shown that cells are able to secrete extracellular matrix molecules in the same way on both types of PAMs, probably explaining the similarity of the behavior in long-term.

Le génie tissulaire est un domaine interdisciplinaire qui applique les principes du génie et des sciences de la vie (notamment la science des cellules souches) dans le but de régénérer et réparer les tissus et organes lésés. En d'autres mots, plutôt que de remplacer les tissus et les organes, on les répare. La recherche en génie tissulaire est considérable et les ambitions sont grandes, notamment celle de mettre fm aux listes d'attente de dons d'organes. Le génie tissulaire a déjà commencé à livrer des produits thérapeutiques pour des applications simples, notamment la peau et le cartilage. Les questions sur la façon de réglementer les produits thérapeutiques qui sont issus du génie tissulaire sont soulevées à chaque nouveau produit. À ce jour, ces questions ont reçu peu d'attention comparativement aux questions éthiques associées aux recherches avec les cellules souches et les risques qu'engendrent les produits biologiques. Il est donc important d'examiner si le cadre normatif qui entoure la mise en marché des produits issus du génie tissulaire est approprié puisque de tels produits sont déjà disponibles sur le marché et plusieurs autres sont en voie de l'être. Notre analyse révèle que le cadre canadien actuel n'est pas approprié et le moment d'une reforme est arrivé. Les États-Unis et l'Union européenne ont chacun des approches particulières qui sont instructives. Nous avons entrepris une revue des textes réglementaires qui encadrent la mise en marché des produits issus du génie tissulaire au Canada, aux États-Unis et dans l'Union européenne et formulons quelques suggestions de réforme. / Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and the life sciences (including the science of stem cells) toward the development of biological substitutes that restore, maintain or improve tissue function. In other words, rather than being replaced, tissues and organs are repaired. Research in tissue engineering is important and ambitions are high, such as ending the waiting list for organ transplant. Tissue engineering has already started delivering therapeutic products for simple applications such as skin and cartilage. Questions on the way tissue engineered therapeutic products are regulated are raised with each new product. Until now, these questions have been given little attention compared to the ethical issues related to stem cell research and to the risks generated by biologics. It is therefore important to examine whether the regulatory framework is suitable since some tissue engineered products are already available on the market and others are soon to be marketed. Our analysis reveals that the Canadian regulatory framework is not suitable and the time is ripe for reform. The United States and the European Union have their own approaches that are instructive. We have undertaken a study of the regulatory premarket approval frameworks in Canada, United States and the European Union, and formulated suggestions for reform.

Le génie tissulaire est un domaine interdisciplinaire qui applique les principes du génie et des sciences de la vie (notamment la science des cellules souches) dans le but de régénérer et réparer les tissus et organes lésés. En d'autres mots, plutôt que de remplacer les tissus et les organes, on les répare. La recherche en génie tissulaire est considérable et les ambitions sont grandes, notamment celle de mettre fm aux listes d'attente de dons d'organes. Le génie tissulaire a déjà commencé à livrer des produits thérapeutiques pour des applications simples, notamment la peau et le cartilage. Les questions sur la façon de réglementer les produits thérapeutiques qui sont issus du génie tissulaire sont soulevées à chaque nouveau produit. À ce jour, ces questions ont reçu peu d'attention comparativement aux questions éthiques associées aux recherches avec les cellules souches et les risques qu'engendrent les produits biologiques. Il est donc important d'examiner si le cadre normatif qui entoure la mise en marché des produits issus du génie tissulaire est approprié puisque de tels produits sont déjà disponibles sur le marché et plusieurs autres sont en voie de l'être. Notre analyse révèle que le cadre canadien actuel n'est pas approprié et le moment d'une reforme est arrivé. Les États-Unis et l'Union européenne ont chacun des approches particulières qui sont instructives. Nous avons entrepris une revue des textes réglementaires qui encadrent la mise en marché des produits issus du génie tissulaire au Canada, aux États-Unis et dans l'Union européenne et formulons quelques suggestions de réforme. / Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and the life sciences (including the science of stem cells) toward the development of biological substitutes that restore, maintain or improve tissue function. In other words, rather than being replaced, tissues and organs are repaired. Research in tissue engineering is important and ambitions are high, such as ending the waiting list for organ transplant. Tissue engineering has already started delivering therapeutic products for simple applications such as skin and cartilage. Questions on the way tissue engineered therapeutic products are regulated are raised with each new product. Until now, these questions have been given little attention compared to the ethical issues related to stem cell research and to the risks generated by biologics. It is therefore important to examine whether the regulatory framework is suitable since some tissue engineered products are already available on the market and others are soon to be marketed. Our analysis reveals that the Canadian regulatory framework is not suitable and the time is ripe for reform. The United States and the European Union have their own approaches that are instructive. We have undertaken a study of the regulatory premarket approval frameworks in Canada, United States and the European Union, and formulated suggestions for reform.