Cellules endothéliales issues de progéniteurs humains : des acteurs pertinents en ingénierie vasculaire ?

Noélie Thébaud

Description

Sous la direction de Laurence Bordenave
Thèse soutenue le 14 décembre 2009: Bordeaux 2
L’incidence des maladies cardiovasculaires d’origine athéromateuse demeure un problème majeur en santé publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure nécessaire chez de nombreux patients. Le remplacement vasculaire se fait par une veine autologue qui reste le « gold standard » ou, lorsque les patients n’ont pas le capital vasculaire suffisant, par une prothèse. Actuellement, si les techniques utilisant des prothèses synthétiques sont satisfaisantes pour le remplacement d’artères de gros calibre, celui des artères de petit calibre demeure toujours un défi du fait du caractère thrombogène des biomatériaux utilisés et de leurs mauvaises propriétés mécaniques. Depuis quelques années, le concept d’ingénierie tissulaire a émergé et évolué. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de substituts vasculaires hybrides et/ou biologiques, grâce en particulier à l’utilisation de cellules souches et de leurs progéniteurs, ouvrant d’intéressantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie vasculaire. Le but de ce travail a été d’obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à partir de progéniteurs endothéliaux issus de moelle osseuse et sang périphérique humains et de définir leurs réponses dans des conditions proches de celles observées dans un vaisseau natif. Des cellules (PDECs : Progenitor Derived Endothelial Cells) ont pu être amplifiées à partir de progéniteurs, elles présentent les marqueurs membranaires classiquement utilisés pour définir des cellules endothéliales matures. Elles sont capables, sur différents revêtements utilisés cliniquement tels le collagène de type I et la colle de fibrine ainsi que sur un revêtement plus expérimental (Multicouches de PolyElectrolytes), de former une monocouche confluente. Ces PDECs résistent à des contraintes mécaniques de cisaillement de type artériel et l’analyse de gènes et protéines impliqués dans la biologie de l’endothélium a montré qu’elles répondent à ces stimulations par l’expression d’un phénotype en lien avec une activité antithrombogène. De plus, les travaux préliminaires réalisés sur ces PDECs cocultivés avec des progéniteurs ostéoblastiques, ouvrent d’intéressantes perspectives concernant leur utilisation dans le cadre de l’ingénierie du tissu osseux vascularisé.
-Biomatériaux ingénierie tissulaire ingénierie vasculaire progéniteurs endothéliaux humains ostéoprogéniteurs humains contraintes de cisaillement (shear stress) hydrogels de polysaccharide multicouches de polyélectrolytes.
The incidence of atherosclerotic arterial disease is still a major public health problem and despite endovascular surgery therapies, surgical treatment is necessary for many patients. Vascular bypass is performed with an autologous vein which remains the gold standard, or when patients do not have appropriate blood vessels to be used as replacement, with a synthetic prosthesis. Nowadays, synthetic vascular grafts have been successfully used in the treatment of the pathology of large arteries, but the replacement of the smaller sized arteries is still a challenge because synthetic vascular grafts are known to be highly thrombogenic and have poor mechanical properties. Recently, the tissue engineering concept has emerged and advances. It can allow to propose development of new hybrid or biologic vascular substitutes, using stem cells and progenitor cells, holding great promise for vascular tissue engineering. The aim of the present study was to obtain reliably and reproducibly, cells with mature endothelial phenotype from endothelial progenitor cells isolated from human bone marrow and peripheral blood and investigate cell response in conditions similar to those observed in a native vessel. We were able to expand cells (PDECs: Progenitor Derived Endothelial Cells) from progenitors which exhibit markers conventionally used to define mature endothelial cells. They were able, on scaffolds currently used in clinic like collagen type I and fibrin glue or on more experimental scaffold (Polyelectrolytes multilayers films), to form a confluent monolayer. These PDECs are able to withstand arterial shear stress and analysis of genes and proteins implicated in endothelium biology shows that these cells respond to shear stress stimulation with a phenotype connected to an anti-thrombogenic activity. Moreover, preliminary studies using co-cultures of PDECs and osteoblastic progenitors, open interesting perspectives concerning PDECs to be used in the field of vascularized bone tissue engineering.
Source: http://www.theses.fr/2009BOR21614/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 92
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Université Victor Segalen Bordeaux 2

Année 2009 Thèse n° 1614

THÈSE
Pour l’obtention du diplôme de
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 2

Mention : Sciences, Technologie, Santé
Option : Biologie Cellulaire et Physiopathologie


Présentée et soutenue publiquement
Le 14 décembre 2009
Par Noélie-Brunehilde THEBAUD
Née le 27 avril 1975 à Poitiers

Cellules endothéliales issues de progéniteurs humains :
des acteurs pertinents en ingénierie vasculaire ?

Membres du Jury

Pr Georges DORIGNAC, Bordeaux ....................................................... Président
Pr Georges UZAN, Paris ....................................................................... Rapporteur
Pr Dominique LAURENT-MAQUIN, Reims ........ Rapporteur
Dr Catherine LE VISAGE, Paris ............................................................ Examinateur
Pr Patrick MENU, Nancy ....................................... Membre invité
Pr Laurence BORDENAVE, Bordeaux.................. Directeur de thèse
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« Le savant n’est pas l’homme qui fournit les vraies réponses, c’est celui qui pose les
vraies questions ».

Claude Lévi-Strauss dans « Le cru et le cuit ».
2
Résumé
L’incidence des maladies cardiovasculaires d’origine athéromateuse demeure un problème majeur en santé
publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure
nécessaire chez de nombreux patients. Le remplacement vasculaire se fait par une veine autologue qui reste
le « gold standard » ou, lorsque les patients n’ont pas le capital vasculaire suffisant, par une prothèse.
Actuellement, si les techniques utilisant des prothèses synthétiques sont satisfaisantes pour le remplacement
d’artères de gros calibre, celui des artères de petit calibre demeure toujours un défi du fait du caractère
thrombogène des biomatériaux utilisés et de leurs mauvaises propriétés mécaniques. Depuis quelques années,
le concept d’ingénierie tissulaire a émergé et évolué. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de
substituts vasculaires hybrides et/ou biologiques, grâce en particulier à l’utilisation de cellules souches et de
leurs progéniteurs, ouvrant d’intéressantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie vasculaire. Le but de
ce travail a été d’obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à
partir de progéniteurs endothéliaux issus de moelle osseuse et sang périphérique humains et de définir leurs
réponses dans des conditions proches de celles observées dans un vaisseau natif. Des cellules (PDECs :
Progenitor Derived Endothelial Cells) ont pu être amplifiées à partir de progéniteurs, elles présentent les
marqueurs membranaires classiquement utilisés pour définir des cellules endothéliales matures. Elles sont
capables, sur différents revêtements utilisés cliniquement tels le collagène de type I et la colle de fibrine ainsi
que sur un revêtement plus expérimental (Multicouches de PolyElectrolytes), de former une monocouche
confluente. Ces PDECs résistent à des contraintes mécaniques de cisaillement de type artériel et l’analyse de
gènes et protéines impliqués dans la biologie de l’endothélium a montré qu’elles répondent à ces stimulations
par l’expression d’un phénotype en lien avec une activité antithrombogène. De plus, les travaux préliminaires
réalisés sur ces PDECs cocultivés avec des progéniteurs ostéoblastiques, ouvrent d’intéressantes perspectives
concernant leur utilisation dans le cadre de l’ingénierie du tissu osseux vascularisé.

Mots clefs
Biomatériaux, ingénierie tissulaire, ingénierie vasculaire, progéniteurs endothéliaux humains,
ostéoprogéniteurs humains, contraintes de cisaillement (shear stress), hydrogels de polysaccharide,
multicouches de polyélectrolytes.
Abstract
The incidence of atherosclerotic arterial disease is still a major public health problem and despite
endovascular surgery therapies, surgical treatment is necessary for many patients. Vascular bypass is
performed with an autologous vein which remains the gold standard, or when patients do not have
appropriate blood vessels to be used as replacement, with a synthetic prosthesis. Nowadays, synthetic
vascular grafts have been successfully used in the treatment of the pathology of large arteries, but the
replacement of the smaller sized arteries is still a challenge because synthetic vascular grafts are known to be
highly thrombogenic and have poor mechanical properties. Recently, the tissue engineering concept has
emerged and advances. It can allow to propose development of new hybrid or biologic vascular substitutes,
using stem cells and progenitor cells, holding great promise for vascular tissue engineering. The aim of the
present study was to obtain reliably and reproducibly, cells with mature endothelial phenotype from
endothelial progenitor cells isolated from human bone marrow and peripheral blood and investigate cell
response in conditions similar to those observed in a native vessel. We were able to expand cells (PDECs:
Progenitor Derived Endothelial Cells) from progenitors which exhibit markers conventionally used to define
mature endothelial cells. They were able, on scaffolds currently used in clinic like collagen type I and fibrin
glue or on more experimental scaffold (Polyelectrolytes multilayers films), to form a confluent monolayer.
These PDECs are able to withstand arterial shear stress and analysis of genes and proteins implicated in
endothelium biology shows that these cells respond to shear stress stimulation with a phenotype connected to
an anti-thrombogenic activity. Moreover, preliminary studies using co-cultures of PDECs and osteoblastic
progenitors, open interesting perspectives concerning PDECs to be used in the field of vascularized bone
tissue engineering.

Key words
Biomaterials, tissue engineering, vascular tissue engineering, human endothelial progenitors, human osteo-
progenitors, shear stress, polysaccharide hydrogels, polyelectrolytes multilayers films.

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TABLE DES MATIERES

TABLE DES MATIERES ................................................................................................... 4
LISTE DES ABREVIATIONS ............................ 7
LISTE DES ILLUSTRATIONS ..........................10
INTRODUCTION GENERALE .........................12
PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE……………………………………………………………...…..16

I. CONCEPT D’INGENIERIE TISSULAIRE : définition, genèse, enjeux, applications ..17
A. Les acteurs intervenant dans le concept d’ingénierie tissulaire ou la triade de
l’ingénierie tissulaire : généralités .................................................................................18
1) Les biomatériaux ...............................19
2) Les cellules ........................................20
3) Les signaux .......................................................................21
B. Exemples d’applications cliniques en ingénierie tissulaire et limites du domaine ...23

C. Perspectives en ingénierie tissulaire .....25
II. LES SUBSTITUTS VASCULAIRES DISPONIBLES EN CLINIQUE ET EN COURS
D’EXPERIMENTATION ...................................................................................................25
A. Paroi artérielle normale et principales pathologies artérielles 26

B. Les substituts vasculaires actuels et leurs limites ..................................................31
1) Les substituts vasculaires autologues ................................31
a)Les substituts autologues veineux ...................................31
b)Les substituts autologues artériels ..31
2) Les substituts vasculaires d’origine synthétique .................................................32
a)Prothèses en polytétrafluoroéthylène (PTFE) ..................32
b)Prothè polytéréphtalate d’éthylène (PET) .............33
c)Prothèses en polyuréthane (PU) .....................................................................34
3) Limites des prothèses vasculaires biologiques et synthétiques ..........................35
4) Le substitut vasculaire « idéal » : cahier des charges ........36
C. Les substituts vasculaires issus de l’ingénierie tissulaire .......37