Formation de granulés chondrogéniques à partir de cellules souches pluripotentes induites par sang de cordon

L'utilisation de hiPSCs représente une nouvelle stratégie pour le dépistage de drogue et les études mécanistes de diverses maladies. Du point de vue de la régénération, les hiPSC sont également une source potentielle de remplacement des tissus endommagés qui ont une capacité de guérison limitée, comme le cartilage articulaire ^{1 , 2} .

La régénération du cartilage articulaire natif a été un défi depuis plusieurs décennies. Le cartilage articulaire est un tissu doux et blanc qui recouvre la fin des os, les protégeant des frottements. Cependant, il a une capacité de régénération limitée lorsqu'il est endommagé, ce qui rend l'auto-réparation presque impossible. Par conséquent, la recherche axée sur la régénération du cartilage est en cours depuis plusieurs décennies.

Auparavant, la différenciation in vitro dans la lignée chondrogénique était habituellement réalisée avec des BMSC ou des chondrocytes indigènes isolés de l'articulation du genou ³ . Due tO leur potentiel de chondrogenic, BMSC et chondrocytes indigènes ont de nombreux mérites soutenant leur utilisation dans la chondrogénèse. Cependant, en raison de leur expansion limitée et de leur phénotype instable, ces cellules sont confrontées à plusieurs limitations dans la reconstruction des défauts du cartilage articulaire. Dans des conditions de culture in vitro , ces cellules ont tendance à perdre leurs propres caractéristiques après 3 à 4 passages, ce qui finit par affecter leurs capacités de différenciation ⁴ . En outre, dans le cas des chondrocytes indigènes, des dommages supplémentaires à l'articulation du genou sont inévitables lors de l'obtention de ces cellules.

Contrairement aux BMSC ou aux chondrocytes indigènes, les hiPSC peuvent se développer indéfiniment in vitro . Avec les conditions de culture appropriées, les hiPSC ont un grand potentiel en tant que source de remplacement pour la différenciation chondrogénique. Cependant, il est difficile de modifier les caractéristiques intrinsèques des hiPSC ⁵ . En outre, il faut plusieurs essais in vitro compliqués.Ps pour diriger le sort des hiPSC vers un type de cellule spécifique. Malgré ces complications, l'utilisation de hiPSC est toujours recommandée en raison de leur capacité d'auto-renouvellement élevé et de leur capacité à se différencier en cellules ciblées, y compris les chondrocytes ⁶ .

La différenciation chondrogénique est généralement effectuée avec des systèmes de culture tridimensionnels, tels que la culture de pastilles ou la culture de micromasses, en utilisant des cellules progénitrices de type MSC. Si vous utilisez le système HiPSC, le protocole pour générer des cellules progénitrices MSC diffère des protocoles existants. Certains groupes utilisent une culture monocouche de hiPSC pour convertir directement le phénotype en cellules MSC ⁷ . Cependant, la plupart des études utilisent les EB pour générer des cellules secondaires qui ressemblent aux MSC ^{8 , 9 , 10 , 11} .

Différents types de facteurs de croissance sont utilisés pour induire ChondrogeNesis. Habituellement, les protéines de famille BMP et TGFβ sont utilisées, seules ou en combinaison. La différenciation a également été induite avec d'autres facteurs, tels que GDF5, FGF2 et IGF1 ^{12 , 13 , 14 , 15} . On a montré que le TGFß1 stimule la chondrogénèse de manière dose-dépendante dans les MSC ¹⁶ . Par rapport à l'autre isotype, le TGFβ3, le TGFß1 induit une chondrogénèse en augmentant la condensation de la cellule mésenchymateuse pré-cartilagineuse. Le TGFβ3 induit la chondrogénèse en augmentant significativement la prolifération des cellules mésenchymateuses ¹⁷ . Cependant, le TGFβ3 est utilisé plus fréquemment par les chercheurs que TGFβ1 ^{7 , 10 , 18 , 19} . BMP2 améliore l'expression de gènes liés aux composants de la matrice chondrogénique chez l'hommeChondrocytes articulaires dans des conditions in vitro ²⁰ . BMP2 augmente l'expression de gènes critiques pour la formation de cartilage dans les MSC en combinaison avec des protéines TGFβ ²¹ . Il a également été démontré que BMP2 améliore de manière synergique l'effet du TGFβ3 par les voies Smad et MAPK ²² .

Dans cette étude, les CBMC-hiPSC ont été agrégés en EB en utilisant du milieu EB dans une boîte de Petri à faible fixation. Les cellules de dépassement ont été induites en fixant les EB à un plat revêtu de gélatine. La différenciation chondrogénique à l'aide de cellules secondaires a été réalisée par culture de pastilles. Le traitement à la fois avec le BMP2 et le TGFß3 a condensé avec succès les cellules et a induit une accumulation de protéines de la matrice extracellulaire (ECM) pour la formation de granules chondrogéniques. Cette étude suggère un protocole de différenciation chondrogénique simple mais efficace utilisant CBMC-hiPSCs.