Imagerie en temps réel de la migration induite par CCL5 de cellules souches squelettiques périostées chez la souris

La réparation des fractures est un processus dynamique et multicellulaire qui se distingue du développement et du remodelage du squelette embryonnaire. Au cours de ce processus, l’induction de signaux de blessure provenant de tissus endommagés est suivie du recrutement, de la prolifération et de la différenciation subséquente des cellules souches/progénitrices squelettiques, qui sont toutes essentielles à la stabilité globale et à la fixation des ^fractures1. En particulier, les premiers stades de la guérison des fractures nécessitent la formation de callosités molles, qui est principalement attribuée aux cellules résidentes périostées2. Lorsque les os sont blessés, un sous-ensemble de cellules périostées réagit rapidement et contribue à de nouveaux intermédiaires cartilagineux et ostéoblastes dans le ^callosité3, impliquant la présence d’une population distincte de cellules souches squelettiques / progénitrices dans le périoste. Par conséquent, l’identification et la caractérisation fonctionnelle des cellules souches squelettiques (CSE) résidentes du périoste constituent une approche thérapeutique prometteuse pour les maladies osseuses dégénératives et les défauts ^osseux4.

On pense que les SSC résident dans plusieurs emplacements tissulaires, y compris la moelle osseuse. À l’instar de la moelle osseuse, des SSC ostéogéniques/chondrogènes ont également été identifiés dans le périoste4,5,6.  Ces SSC périostés (P-SSC) peuvent être marqués avec des marqueurs de lignée mésenchymateuse précoce (c.-à-d. Prx1-Cre5, Ctsk-Cre7 et Axin2-CreER8) au cours du développement osseux du fœtus4,7,8,9,10. Une limitation importante de ces modèles de traçage de lignée génétique unique est qu’il existe une hétérogénéité substantielle au sein des populations cellulaires marquées. De plus, ils ne peuvent pas distinguer les SSC étiquetés de leur progéniture in vivo. Pour remédier à cette limitation, nous avons récemment développé une souris rapporteur double (Mx1-Cre⁺Rosa26-Tomato⁺α SMA-GFP⁺) pour visualiser distinctement les P-SSC des SSC de moelle osseuse (BM-SSCs)¹¹. Avec ce modèle, il a été déterminé que les P-SSC sont marqués par un double marquage Mx1⁺αSMA⁺, tandis que les cellules Mx1⁺ plus différenciées résident dans la moelle osseuse, les surfaces endostéale et périostéale, ainsi que dans les os corticaux et trabéculaires11,12.

De multiples cytokines et facteurs de croissance sont connus pour réguler le remodelage et la réparation des os et ont été testés pour l’amélioration de la réparation squelettique dans les défauts critiques du ^segment1,13. Cependant, en raison de la complexité cellulaire des modèles de blessures générés par la perturbation de la barrière physique du compartiment osseux, les effets directs de ces molécules sur la migration et l’activation endogènes de P-SSC pendant la guérison ne sont pas clairs. Les caractéristiques fonctionnelles et la dynamique migratoire des SSC sont souvent évaluées in vitro en effectuant un test de transpuit ou de grattage, en combinaison avec des cytokines ou des facteurs de croissance connus pour induire la migration dans d’autres populations cellulaires. Ainsi, l’interprétation des résultats de ces expériences in vitro pour une application dans leurs systèmes in vivo correspondants est difficile. À l’heure actuelle, l’évaluation in vivo de la migration des cellules souches/progénitrices squelettiques n’est généralement pas observée en temps réel; il est plutôt mesuré à des points temporels fixes après la fracture5,7,14,15,16.

Une limite de cette méthode est que la migration n’est pas évaluée au niveau d’une seule cellule; il est plutôt mesuré par des changements dans les populations cellulaires. Grâce aux progrès récents de la microscopie intravitale d’animaux vivants et à la génération de souris rapporteures supplémentaires, le suivi in vivo de cellules individuelles est désormais possible. En utilisant la microscopie intravitale d’animaux vivants, nous avons observé la migration distincte des P-SSC de la niche de suture calvariaire vers une lésion osseuse dans les 24 à 48 heures suivant la blessure chez les souris Mx1 / Tomato / αSMA-GFP.

CCL5/CCR5 a récemment été identifié comme un mécanisme de réglementation influençant le recrutement et l’activation des P-SSC au cours de l’intervention précoce en cas de blessure. Fait intéressant, il n’y a pas eu de détection en temps réel d’une migration importante de P-SSC en réponse à une blessure. Cependant, le traitement d’une blessure avec CCL5 produit une migration robuste et directionnelle distincte des P-SSC, qui peut être capturée en temps réel. Par conséquent, l’objectif de ce protocole est de fournir une méthodologie détaillée pour enregistrer la migration in vivo des P-SSC en temps réel après le traitement par CCL5.