Une nouvelle niche de cellules souches micro-conçues
La médecine régénérative vise à réparer et à récupérer la fonction biologique des tissus et organes endommagés, souvent en utilisant des cellules souches, par exemple dans la réparation du cartilage ou la cicatrisation des plaies. Cependant, cela nécessite le développement de substrats de culture qui imitent l’environnement natif des cellules souches et peuvent soutenir leur expansion et leur différenciation.
Polymérisation d’un substrat de cellules souches innovant
Les échafaudages polymères sont des structures conçues à partir de matériaux polymères synthétiques comme l’acide poly-L-lactique ou l’acide poly-glycolique. Ils émergent comme des environnements 3D synthétiques capables d’influencer la croissance et la prolifération des cellules, ainsi que des couches nourricières ou d’autres composés biologiques utilisés pour maintenir le phénotype des cellules souches. Pour surmonter les problèmes de sécurité liés à l’utilisation de ces additifs et couches d’alimentation, le projet NICHOID, financé par le Conseil européen de la recherche (CER) de l’UE, a développé un échafaudage polymère avec une architecture de grille au moyen d’une technologie de microfabrication appelée polymérisation laser à deux photons. «Notre approche a conduit au développement du substrat Nichoid convivial et sûr», explique Manuela Teresa Raimondi, chercheuse principale de l’Université polytechnique de Milan en Italie. Nichoid a été testé sur des cellules souches mésenchymateuses (CSM) connues pour leur capacité de régénération dans les applications de chirurgie orthopédique, plastique et reconstructive, ainsi que pour leur potentiel immunosuppresseur en transplantation d’organes. Elles sont également sensibles aux stimuli mécaniques du micro-environnement. On pense que les signaux mécaniques transduits dans les cellules déterminent le devenir des cellules car ils modifient la forme nucléaire et donc l’importation et l’exportation de facteurs de transcription, primordiaux pour la régulation de l’expression des gènes. «Le Nichoid empêche essentiellement la propagation des cellules pendant la prolifération en confinant mécaniquement les cellules dans la grille, évitant ainsi ce passage principal à la différenciation», souligne Manuela Teresa Raimondi. Avec l’aide de collègues de l’Université polytechnique affiliée de Milan et du Conseil national de recherches d’Italie, les chercheurs ont observé une configuration nucléaire arrondie dans les CSM adhérant à la grille Nichoid microscopique, tandis qu’une configuration étendue a été observée dans les cellules fixées au substrat plat environnant la grille. Cette dernière morphologie a coïncidé avec une augmentation de la perméabilité nucléaire et du flux de molécules de signalisation qui induisent la différenciation cellulaire. L’observation selon laquelle, dans les cellules souches, l’importation nucléaire de facteurs de transcription activant la différenciation cellulaire est principalement régulée par des souches de membrane nucléaire a également été étayée par la prédiction informatique du flux d’importation nucléaire en fonction de la morphologie cellulaire. Ce contrôle géométrique de la souche cellulaire ouvre une voie vers la reprogrammation de la capacité des cellules souches à générer plusieurs (multipotence) ou même tous les types de cellules (pluripotence) en culture, sans avoir besoin d’agents chimiques ou de modifications génétiques.
Perspectives d’avenir du substrat Nichoid
Les résultats obtenus grâce au projet ERC-NICHOID représentent un noyau substantiel de nouvelles connaissances de base sur la manière de concevoir la fonction des cellules souches en culture. «Le CER a été assez visionnaire en finançant mes deux projets supplémentaires de validation de principe, alors que le projet NICHOID était en cours, pour stimuler le transfert de technologie de toutes mes inventions», souligne Manuela Teresa Raimondi. Le projet de validation de principe MOAB, financé par le CER, permettra aux chercheurs d’intégrer leur innovation Nichoid dans un bioréacteur existant accessible sur le plan optique et miniaturisé. L’objectif consiste à exploiter le substrat Nichoid dans une plateforme de découverte de médicaments pour tester des médicaments sur des équivalents tissulaires 3D et des organoïdes. La commercialisation de l’appareil sera assurée par la société MOAB Srl affiliée à l’Université polytechnique de Milan, développée grâce au financement du CER. À la lumière de la pandémie de la COVID-19, Manuela Teresa Raimondi prévoit de promouvoir le substrat Nichoid pour l’expansion des CSM pour soigner la COVID-19, sur la base d’une nouvelle stratégie thérapeutique déjà en essai clinique en Chine et aux États-Unis. De plus, elle utilisera tous les outils de recherche avancés développés pendant le projet NICHOID pour accélérer les tests précliniques nécessaires pour apporter de nouvelles thérapies antivirales et vaccins aux cliniques.
Mots‑clés
NICHOID, cellule souche, différenciation cellulaire, échafaudage polymère, niche de cellules souches, médecine régénérative, polymérisation à deux photons, découverte de médicaments