Ingénierie tissulaire

Dans la section précèdente à propos des modifications des protocoles de différenciation endothéliale, nous avons mentionné que l'ingénierie tissulaire pouvait améliorer les performances et les fonctionnalités des CE-CSPh. Dans cette section, nous verrons également que l'ingénierie tissulaire peut bénéficier de l'utilisation de ces cellules. Dans les systèmes de puces microfluidiques, les CE sont nécessaires pour recréer les vaisseaux sanguins et établir une barrière entre le milieu et le tissu cible, en plus d'établir en soi un modèle pour l'étude de l'angiogenèse et du développement vasculaire. Par exemple, en utilisant un système de microfluidique, Huang et al. ont créé un gradient linéaire de VEGF et SDF1α et ont démontré que les CE dérivées des CSPh migrent sélectivement en réponse au VEGF mais pas au SDF1α (Huang et al., 2013). D'autres études ont montré que les

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CSPh s'allongent dans la direction du flux (Belair et al., 2015), acquérant un phénotype artériel en présence de forces de cisaillement élevées (Sivarapatna et al., 2015) et forment des réseaux vasculaires avec un lumen lorsqu'elles sont incorporées dans un gel de fibrine sous flux (Belair et al., 2015). L'application de la microfluidique aux systèmes biologiques in vitro a également ouvert la possibilité de recréer sur une puce, des organes qui sont interconnectés entre eux et dont l'échange de métabolites est contrôlé par l'endothélium comme cela se produit in vivo. Vatine et al. ont cultivé des HBMEC, des astrocytes et des progéniteurs neuronaux dérivés d’une lignée CSPh sur une puce branchée à un dispositif microfluidique pour modéliser la barrière hémato-encéphalique. Dans ce système, la circulation du milieu uniquement au contact des HBMEC-CSPh modélise le passage du sang dans les vaisseaux sanguins chez l'homme. Cette étude, a démontré que la force de cisaillement favorise l'expression des protéines de liaisons étroites sans altérer le TEER, même après plusieurs jours de culture. Ce système favorise également la maturation neuronale et possède une perméabilité face à différentes molécules, similaire à celle décrite précédemment par d'autres études. L'utilisation de ce modèle avec des CE-CSPih provenant d'un patient atteint de la maladie de Huntington a révélé une perméabilité au dextrane plus élevée que celle des CE-CSPih de trois individus sains, validant ainsi l'utilité de ce modèle dans des conditions physiologiques et pathologiques (Vatine et al., 2019).

D'autre part, l’utilisation de CE-CSPh dans la formation des organoïdes s’est avérée nécessaire. Les organoïdes sont des structures multicellulaires et autoorganisées dérivées de cellules souches ou de progéniteurs qui représentent les caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles des organes humains in vitro. Comme nous l'avons vu au chapitre 2, les CE participent activement à l'organogenèse et assurent le transport des nutriments et de l'oxygène vers les tissus. L’absence des vaisseaux dans ces entités limite leur croissance, leur maturation et leur survie in vitro. Plusieurs chercheurs ont rapporté la vascularisation des organoïdes dérivés de cellules humaines primaires et de CSPh de personnes saines et de malades, dans la plupart de cas à partir des CE primaires. Dans l'annexe 1, l'article revue intitulé "L'endothélium, un acteur clé dans le développement des organes et

la vascularisation organoïde dérivée de la CSPh", résume les progrès et les limites de de la

vascularisation d’organoïdes à partir des CE-CSPh (Vargas-Valderrama et al., 2020).

Un grand nombre de CE sont également nécessaires pour l'approche de l'ingénierie tissulaire qui cherche à recellulariser des organes précédemment décellularisés. Grâce à cette méthodologie, les organes humains non transplantables sont traités pour éliminer les composants cellulaires et laisser un squelette de matrice extracellulaire qui guide le repeuplement de l'organe par de nouvelles cellules transplantables. Comme preuve de concept, Ciampi et al. ont revascularisé un rein de rat préalablement décellularisé avec 15 × 106 CE-CSPih injectées par l'artère rénale et 30 × 106 CE-CSPih

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injectées par la veine rénale grâce à un flux statique. Par cette méthode, ils ont démontré la possibilité de repeupler les vaisseaux sanguins, y-compris les artères, les veines, les artérioles, les veinules et les capillaires des glomérules. Dans les gros vaisseaux sanguins, les CE-CSPih ont formé un endothélium continu identifié par la présence des jonctions serrées ZO-1 (de l’anglais « zonula

occludens 1 »). En revanche, les CE-CSPih ont développé des fenestrations dans le glomérules

similaires à celles observées dans les reins physiologiques, démontrant ainsi que les matrices extracellulaires présentes dans les organes décellularisés sont suffisantes pour guider la spécification endothéliale (Ciampi et al., 2019). Récemment, une équipe américaine a également signalé la recellularisation de foies de rats avec des CE, des hépatocytes et des cholangiocytes dérivés de CSPih, avec de CSM et de fibroblastes primaires, suivi par leur transplantation chez le rat. Les auteurs de cette étude ont reporté la perfusion de 40 × 106 CE-CSPh par la veine centrale et 5 × 106 de CE-CSPh par la veine porte, en plus des CE-CSPh qui ont été ajoutées au parenchyme hépatique avec les hépatocytes, les fibroblastes et les CSM. Cette méthode a permis d'obtenir une couverture de plus de 70% des vaisseaux sanguins, y-compris la veine centrale et la veine porte et les capillaires sanguins. Le CE-CSPh ont montré un phénotype endothélial stable et une fonctionnalité mise en évidence par l’endocytose du LDL. Les auteurs ont rapporté aussi un taux de 65% de recellularisation de l'arbre biliaire par des cholangiocytes dérivés des CSPh et de le parenchyme hépatique, composé, entre autres, d'hépatocytes qui produisent l'albumine et l'alpha-1 anti-trypsine ce qui suggère une certaine fonctionnalité de cet organe recellularisé (Takeishi et al., 2020).

Enfin, les CE-CSPh peuvent être utiles dans la construction de greffons vasculaires et de valves cardiaques ou pulmonaires jusqu'à présent réalisés avec des biomatériaux inertes, qui doivent être remplacés périodiquement (Jang et al., 2019). Dans le cas des greffes vasculaires, l'utilisation de CE-CSPh avec des cellules musculaires lisses, également dérivées de CE-CSPh, pourrait permettre la fabrication de petits vaisseaux sanguins, impossible avec les méthodes traditionnelles. Generali et al. ont démontré la possibilité de créer un greffon vasculaire à partir de la culture de CE et des cellules musculaires lisses provenant de la même lignée de CSPh dans d’échafaudages (de l’anglais « scaffolds ») composés de biopolymères (PGA/P4HB, pour PGA « acide polyglycolique » et P4HB pour « polyhydroxyalcanoates »). Les échafaudages céllularisés sous flux ont montré une meilleure couverture cellulaire que ceux cultivés dans des conditions statiques. Après trois semaines de culture

in vitro, les échafaudages céllularisés par les deux méthodes ont montré une organisation similaire à

celle d'un vaisseau sanguin physiologique, avec les CE formant une monocouche à l'intérieur, entourée de cellules musculaires lisses à l’extérieur. Cependant, la condition sous flux a permis le développement d'une couche de cellules musculaires lisses beaucoup plus épaisse que dans les conditions de culture statique (Generali et al., 2019).

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