La combinaison de biomatériaux et cellules souches, a pour but de protéger des cellules endommagées et de ralentir la progression des maladies neurodégénératives, comme la maladie de Huntington (MH). Les cellules souches mésenchymateuses et particulièrement une sous-population, les cellules MIAMI, ont déjà démontré leur efficacité dans la maladie de Parkinson. Il est cependant essentiel d’améliorer leur différenciation neuronale, leur survie et évaluer leur sécrétome. L’objectif principal de ce travail fut de proposer une stratégie innovante de médecine régénératrice pour la MH associant cellules souches, nano et micro médecines. Pour l’évaluer, un nouveau modèle animale ex vivo de la MH a été mis en place. Nous avons ensuite développé et optimisé deux nano-vecteurs, des nanocapsules lipidiques et des nanoparticules solides de SPAN, et les avons associés à un inhibiteur de REST qui est un facteur de transcription qui empêche la différenciation neuronale. La transfection de ce siREST a montré une amélioration du phénotype neuronal. Ces cellules ainsi modifiées furent ensuite induites vers un phénotype GABAergic grâce à des facteurs de croissance. Puis elles ont été associées à un support 3D, les microcarriers pharmacologiquement actif (MPA) permettant une meilleure intégration des cellules après greffe. Les MPA sont des microsphères ayant une surface biomimétique de laminine et libérant de façon contrôlée un facteur trophique le « brain derived neurotrophic factor » (inducteur d’un phénotype neuronal et neuro-protecteur). Des résultats prometteurs ont été obtenus, encourageant à continuer l’évaluation de cette stratégie in vivo dans des modèles génétiques de la MH. / The combination of biomaterials and stem cells aims to protect damaged cells and slow the progression of neurodegenerative diseases such as Huntington's disease(HD). Mesenchymal stem cells, particularly a subpopulation known as MIAMI cells, have already demonstrated their effectiveness in Parkinson's disease. However, it is essential to improve their neuronal differentiation, survival, and to assess their secretome. The main objective of this work was to propose an innovative regenerative medicine strategy for HD by combining stemcells, micro and nano medicines. To perform this assessment, a new ex vivo animal model of HD has been set up. We then developed and optimized two nanovectors,lipid nanocapsules and solid SPAN nanoparticles,carrying an inhibitor of REST a transcription factor, which prevents neuronal differentiation. The transfection of this siREST showed an improvement in the neuronal phenotype. These modified cells were then induced into a GABAergic phenotype through growth factors. They were then associated with a 3D support, the pharmacologically active microcarriers (PAM) allowing a high rate of engraftment. The PAM are microspheres which have a biomimetic surface of laminin and release a trophic factor BDNF, brain derived neurotrophic factor (inducer of a neural phenotype and neuroprotective) in a controlled manner. Promising results were obtained, further encouraging continuing the evaluation of this strategy in vivo in genetic models of HD.

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.