Les approches à l’échelle micrométrique telle que le micro-modelage ou micro-moulage constituent des outils puissants pour les études d’architectures tridimensionnelles.
Elles ont ainsi permis dans le domaine pharmaceutique le développement de techniques de micro-encapsulation de molécules actives dont la libération peut être contrôlée dans le temps. D’autre part, ces approches à l’échelle micrométrique peuvent être utilisées pour étudier le comportement cellulaire avec un contrôle précis des interactions cellule-microenvironnement au niveau spatiotemporel.
En effet, les cellules in vivo dans l’organisme sont exposées à des conditions étroitement contrôlées dans des architectures tridimensionnelles. Ces approches de micro-moulage permettent d’envisager une miniaturisation des essais et d’entreprendre des expériences à haut débit, autorisant ainsi l’étude de systèmes biologiques complexes en testant l’influence de plusieurs facteurs simultanément.
Les hydrogels, de par leur caractère hydrophile et biocompatible, sont déjà largement utilisés à l’échelle macroscopique en tant que matrices 3D pour des applications en libération d’actifs et en ingénierie tissulaire, car ils fournissent un environnement approprié pour les cellules.
Les polymères naturels réticulables sont ainsi très largement utilisés.
Récemment, le développement des technologies de micro-moulage a permis la production d’hydrogels micro-moulés (« micro-hydrogels ») avec des structures 3D parfaitement contrôlées, y compris au niveau de leur élasticité.
L’arthrose, maladie dégénérative articulaire affectant un nombre croissant de patients, s’accompagne d’une inflammation, d’une altération de l’ensemble des tissus de l’articulation et de douleurs très invalidantes. Les traitements actuels de l’arthrose, permettent au mieux de soulager la douleur mais ne préviennent pas la dégénérescence articulaire.
La thérapie cellulaire à l’aide de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) est une nouvelle approche prometteuse.
En effet, les CSM présentent des capacités régénératrices, via la sécrétion de facteurs trophiques qui ont des effets immunomodulateurs, pro-angiogéniques, anti-apoptotiques, anti-fibrotiques et anti-inflammatoires puissants. Cependant, l’injection intra-articulaire de CSM présente des limitations majeures : (i) une mort cellulaire massive lors de l’injection dans l’espace articulaire et (ii) une fuite cellulaire en dehors de l’espace articulaire en raison de la propension des CSM à migrer.
Dans ce contexte, l’encapsulation des CSM dans des hydrogels de taille d’environ 200 μm compatible avec leur injection, pourrait limiter la mort et la fuite cellulaire et fournir un microenvironnement favorable au maintien de leur viabilité et de leur activité biologique.
Le projet MONOMER se propose donc de réunir 2 acteurs ligériens afin de combiner leurs expertises en Sciences de l’Ingénieur et en Sciences du Vivant.
- Le laboratoire Biopolymères Interactions Assemblages (INRA-BIA) développe depuis plusieurs années des technologies de lithographie molle pour des applications pharmaceutiques de délivrance de composés actifs.
- Le Laboratoire RmeS s’intéresse aux approches de thérapie cellulaire pour la régénération de tissus.
Dans ce contexte, les partenaires ont récemment décidé de combiner leurs approches afin de développer de nouveaux hydrogels micro-moulés compatibles avec l’encapsulation de cellules à visée réparatrice.
Cette méthode de lithographie molle appliquée à la production d’hydrogels micro-moulés pour le traitement de l’arthrose pourra ensuite être étendue à d’autres applications en médecine régénératrice, par exemple, à la régénération hépatique ou osseuse, thématiques également développées au niveau régional.
L’objectif principal du projet MONOMER sera le contrôle des structures à l’échelle micrométrique avec le développement des méthodes de lithographie molle à des fins de construction de structures hydrogels à base de polysaccharides.
Nous allons
- mettre au point cette technologie par micro-moulage à partir de moules en polydiméthylsiloxane (PDMS) sur lesquels seront imprimés des micro-motifs de tailles et de formes contrôlées ;
- valider l’encapsulation de CSM humaines dans ces hydrogels micro-moulés ;
- évaluer le devenir de ces CSM encapsulées après leur injection intra-articulaire dans un modèle d’arthrose induite chirurgicalement par déstabilisation du ménisque chez des souris humanisées avec un système immunitaire proche de celui de l’homme.
Nous évaluerons également l’efficacité des cellules encapsulées à prévenir la progression de la maladie.