Des capsules pour fabriquer de l’os

LA SEULE OPTION, à l’heure actuelle, pour les patients atteints des pathologies dégénératives des articulations, est le remplacement articulaire chirurgical, qui se heurte aux ressources limitées en auto-greffons. Les techniques basées sur les cellules souches embryonnaires (ES) représentent une alternative, d’autant que l’addition de facteurs de croissance peut accroître le rythme de la différenciation des ES vers des cellules de la lignée désirée. La découverte récente d’une nouvelle famille de facteurs de croissance, les protéines morphogéniques osseuses (BMP), a permis de mieux comprendre le processus de régénération osseuse, mais on s’est aussi aperçu que ces facteurs pouvaient déclencher la formation osseuse. Pour passer à un stade d’applications cliniques potentielles, il fallait encore trouver un transporteur capable de maintenir l’activité régénératrice de ces protéines lors de leur acheminement jusqu’aux lésions osseuses.

Diverses matrices collagéniques ont été essayées, mais on s’est récemment intéressé aux films multicouches de polyélectrolytes, produits par la technique de dépôt couche par couche. C’est la capacité d’un assemblage de ce type à induire une synthèse osseuse à partir de cellules ES que les chercheurs de l’INSERM ont testé, en incluant deux facteurs de croissance, à savoir une BMP (BMP2) et un facteur de croissance transformant bêta1 (TGF bêta1), dans des capsules colloïdales multicouches composées d’acide poly-L-glutamique (PGA) et de lysine poly-L (PLL).

Les expérimentations in vitro indiquent, tout d’abord, que la BMP2 et le TGF bêta1 induisent la transformation des corps embryonnaires en chondrocytes hypertrophiques et, par conséquent, en ostéoblastes. Cette capacité à générer des ostéoblastes est confirmée par l’expression de l’ostéopontine par les cellules embryonnaires, après leur mise en présence de capsules PLL/PGA incluant les facteurs de croissance. L’ostéopontine est une glycoprotéine sécrétée par les ostéoblastes.

La formation d’ostéocytes.

Lors des travaux in vivo, un mélange contenant des capsules actives et des corps embryonnaires a été implanté, en sous-cutané, chez des souris MFI-nu/nu, au sein d’une matrice de gel d’alginate afin de favoriser l’implantation des cellules. L’équipe de Nadia Benkirane-Jessel a observé, en microscopie optique au bleu de toluidine, que l’implant induit la formation d’ostéocytes dans leurs lacunes (les cavités creusées au sein de la matrice osseuse où se trouvent ces cellules), d’ostéoclastes et d’ostéoblastes. La présence d’ostéocytes dans leurs lacunes est un témoin spécifique de la synthèse osseuse. Les chercheurs ont, en outre, vérifié l’existence d’une biominéralisation, objectivée par la présence de dépôts de phosphate de calcium.

Ces résultats démontrent clairement que les particules multicouches actives, incluses avec les corps embryonnaires dans une matrice de gel d’alginate, sont capables d’induire une formation osseuse in vivo. Ils montrent aussi que cet effet résulte d’une libération active des facteurs de croissance. L’intérêt d’utiliser des films de taille nanométrique (comme c’est le cas des films utilisés ici), ajoutent les auteurs, est de permettre l’obtention d’une activité biologique importante à partir d’un petit nombre de molécules actives concentrées sur une faible épaisseur de film. L’emploi d’une matrice de gel d’alginate permet, d’un autre côté, de stabiliser les molécules actives et d’accroître leur contact avec les cellules.

Cette approche est novatrice dans le sens où l’induction de la synthèse osseuse in vivo ne nécessite pas de matrice cartilagineuse, ce qui pourrait déboucher sur des applications cliniques dans le myélome et certains tumeurs osseuses secondaires, des pathologies qui induisent une activation des ostéoclastes, conduisant à l’ablation des métastases et imposant l’implantation ultérieure de biomatériaux.

N Benkirane-Jessel et coll. Active multilayered capsules for the in vivo bone formation. Proc Natl Acad Sci USA (2010) Publié en ligne.