Cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMH)

Lescellules souches mésenchymateuses (CSM ) sont des cellules stromales caractérisées par leur auto-renouvellement et leur remarquable capacité à se différencier en divers types de cellules. Elles constituent donc un outil précieux pour la médecine régénérative, les essais de médicaments et la recherche sur les maladies. Elles sont généralement obtenues à partir de divers tissus tels que le cordon ombilical, la moelle osseuse et le tissu adipeux. Cependant, de nouvelles sources telles que le sang menstruel et l'endomètre ont également été découvertes. Ces sources sont privilégiées pour leur accessibilité et leurs applications cliniques potentielles [1]

Cet article fait la lumière sur les caractéristiques générales des cellules souches mésenchymateuses, leurs types et leurs applications potentielles dans le domaine de la recherche. Il abordera principalement les points suivants

1. Caractéristiques générales des cellules souches mésenchymateuses
2. Informations sur la culture des cellules souches mésenchymateuses
3. Différents types de cellules souches mésenchymateuses et leurs caractéristiques principales
4. Applications des cellules souches mésenchymateuses dans la recherche

1. Caractéristiques générales des cellules souches mésenchymateuses

Cette section aborde les propriétés générales des cellules souches mésenchymateuses :

Multipotence
Les CSM sont des cellules souches multipotentes. Elles ont la capacité de se différencier en plusieurs types de cellules, ce qui en fait un outil de recherche précieux pour la médecine régénérative.
Auto-renouvellement
Comme les autres cellules souches, les cellules souches mésenchymateuses ont la capacité de s'auto-renouveler, ce qui permet de maintenir une source stable de cellules souches pendant une période prolongée.
Potentiel immunomodulateur
Les CSM exercent un effet immunomodulateur et sont donc utilisées dans le traitement de différentes maladies auto-immunes.
Immunogénicité
En général, les CSM présentent un faible niveau d'immunogénicité, ce qui réduit le risque de rejet immunitaire lors de la transplantation. Cependant, cela peut varier d'un type à l'autre.
Disponibilité et accessibilité
Les CSM peuvent être isolées à partir de divers tissus, notamment la moelle osseuse, le tissu adipeux et le tissu du cordon ombilical, ce qui les rend facilement disponibles pour la recherche et les applications thérapeutiques.

2. Informations sur la culture des cellules souches mésenchymateuses

Pour gérer et manipuler efficacement les cultures de cellules souches mésenchymateuses, il est impératif de bien comprendre les informations suivantes sur la culture des cellules MSC. Ces connaissances ne vous faciliteront pas la tâche, mais accéléreront l'avancement de vos recherches.

Points clés pour la culture des cellules souches mésenchymateuses

Temps de doublement :	Le temps de doublement de la population varie selon les différents types de CSM. Il peut aller de 15,8 à 41,9 heures [2].
Adhérentes ou en suspension :	Les cellules souches mésenchymateuses sont adhérentes.
Densité d'ensemencement :	La densité d'ensemencement recommandée pour les CSM se situe entre 1 et 3 x¹⁰⁴ ^cellules/cm2. Pour l'ensemencement, les cellules sont rincées avec 1 x PBS (phosphate buffer saline) et incubées avec de l'accutase (solution de passage) pendant environ 10 minutes à température ambiante. Après le détachement des cellules, le milieu est ajouté et les cellules sont centrifugées. Le culot cellulaire est ensuite soigneusement remis en suspension et les cellules sont distribuées dans un nouveau flacon de culture contenant du milieu de culture frais.
Milieu de croissance :	Le milieu Alpha MEM contenant 0,1 ng/ml de bFGF (Basic fibroblast growth factor), 2,0 mM de glutamine stable, des ribonucléosides, des désoxyribonucléosides, 1,0 mM de pyruvate de sodium et 2,2 g/L de NaHCO3 est utilisé pour la culture des cellules souches mésenchymateuses. Le milieu doit être remplacé tous les 2 à 3 jours.
Conditions de croissance :	Les cultures de cellules souches mésenchymateuses sont conservées dans un incubateur humidifié à une température de 37ºC et 5% de CO2.
Stockage :	Les cellules souches mésenchymateuses peuvent être conservées dans la phase vapeur de l'azote liquide ou à une température inférieure à -150 °C à long terme.
Processus de congélation et milieu :	Les milieux de congélation CM-1 ou CM-ACF sont utilisés pour conserver les cellules souches mésenchymateuses. Un processus de congélation lent est généralement adapté, ne permettant qu'une baisse de température de 1°C par minute. Cela permet de protéger la viabilité des cellules.
Processus de décongélation :	Les CSM congelées sont légèrement immergées dans un bain-marie préréglé à 37 °C pendant environ 60 secondes. Ensuite, un milieu de culture frais est ajouté, les cellules sont remises en suspension et centrifugées. Cette étape permet d'éliminer les composants du milieu de congélation des cellules. Le culot cellulaire obtenu est ensuite ajouté au milieu de croissance et les cellules sont réparties dans de nouveaux flacons pour la culture.
Niveau de biosécurité :	Un laboratoire de niveau de biosécurité 1 est nécessaire pour manipuler et maintenir les cultures de cellules souches mésenchymateuses.

3. Différents types de cellules souches mésenchymateuses et leurs caractéristiques principales

Il existe de nombreux types de cellules souches mésenchymateuses. Trois types principaux de CSM sont abordés dans cette section de l'article.

3.1 Cellules souches mésenchymateuses dérivées de l'adipeuse

Les cellules souches mésenchymateuses dérivées de l'adiposité (CSMA) sont un type de cellules souches mésenchymateuses extraites du tissu adipeux.
Elles sont abondamment présentes dans le tissu adipeux et la procédure d'extraction est relativement facile grâce à une procédure peu invasive appelée liposuccion.
Elles sont moins susceptibles de provoquer une réponse immunitaire lors d'une transplantation allogénique.
Ces cellules présentent un potentiel adipogénique robuste, c'est-à-dire qu'elles ont une tendance élevée à se différencier en adipocytes (cellules graisseuses) par rapport à d'autres types de cellules souches mésenchymateuses.

Cellules de tissu adipeux mésenchymateux humain (HMSC.AD) à un grossissement de 10x dans un milieu de culture cellulaire MSC-2 et un milieu de différenciation adipogénique, colorées à l'Oil-Red-O, mettant en évidence les triglycérides en tant que marqueur adipocytaire.

3.2 Cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse

Les cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse (BM-MSC) sont prélevées dans la moelle osseuse, généralement dans l'os de la hanche et de la cuisse. Ces cellules non hématopoïétiques ont été découvertes en 1970 par A.J. Friedenstein.
La procédure d'extraction des CSM-MB est douloureuse et plus invasive, par exemple l'aspiration de la moelle osseuse.
La transplantation de cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse nécessite un appariement étroit avec le receveur afin de réduire le risque de rejet immunitaire.
Les CSM-MB possèdent un potentiel ostéogénique. Elles ont une plus forte tendance à se différencier en ostéocytes, les cellules osseuses.

À un grossissement de 40x, les cellules en cours de différenciation ostéogénique sont colorées à l'Alizarin-Red-S pour visualiser les dépôts de calcium et, au même grossissement, les cellules en cours de différenciation adipogénique sont colorées à l'Oil-Red-O.

3.3 Cellules souches mésenchymateuses dérivées du cordon ombilical

Les cellules souches dérivées du cordon ombilical (UC-MSC) sont obtenues à partir du tissu du cordon ombilical.
Le tissu du cordon ombilical est facilement accessible pour l'extraction de cellules souches après l'accouchement.
Comme les CSM-MB, les cellules souches du cordon ombilical nécessitent également une compatibilité HLA entre le receveur et le donneur pour la transplantation afin d'éviter toute réaction immunitaire.
Elles présentent une tendance plus élevée à la différenciation neuronale et constituent donc des outils de recherche précieux pour la recherche neurologique.

4. Applications des cellules souches mésenchymateuses dans la recherche

Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont largement utilisées dans la recherche biomédicale en raison de leur important potentiel thérapeutique. Quelques applications prometteuses de différents types de CSM sont mentionnées dans cette section.

Recherche en médecine régénérative : Les cellules souches mésenchymateuses sont des cellules multipotentes ; elles ont le potentiel de se différencier en divers types de cellules telles que le cartilage, les os, les muscles et les cellules adipeuses. Elles sont donc administrées dans le cadre de la médecine régénérative pour réparer et remplacer les tissus blessés ou endommagés. Les applications régénératives des CSM sont principalement observées dans les lésions cutanées, osseuses et musculo-squelettiques. Par exemple, une étude menée par Helena Debiazi Zomer et ses collègues en 2020 a révélé que les cellules souches mésenchymateuses dérivées des tissus adipeux (AD-MSC) sont capables d'accélérer la cicatrisation des plaies cutanées dans des modèles de souris. Elles stimulent l'angiogenèse et le remodelage de la matrice extracellulaire pour favoriser une cicatrice de meilleure qualité, ressemblant à une peau saine et normale, que celle du groupe témoin [3]. La recherche a également observé les propriétés de réparation des défauts osseux des cellules souches mésenchymateuses dérivées du cordon ombilical. Elles exercent des effets réparateurs en favorisant l'angiogenèse, l'ostéoclastogenèse et la mobilisation des CSM de l'hôte ou en se différenciant en cellules de type ostéoblaste [4].
Maladies/troubles du système immunitaire : Les cellules souches mésenchymateuses exercent des effets immunomodulateurs. Elles ont tendance à réguler les réponses immunitaires et à réduire l'inflammation. Elles sont donc utilisées pour traiter les maladies auto-immunes, telles que la polyarthrite rhumatoïde, la sclérose en plaques, les maladies inflammatoires de l'intestin, etc. Une étude a exploré l'effet immunomodulateur des cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse sur les cellules T du sang périphérique extraites de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde. Les cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse exercent un effet inhibiteur sur les cellules T et suppriment les cytokines impliquées dans la physiopathologie de la polyarthrite rhumatoïde [5].
Recherche neurologique et cardiovasculaire : Les CSM présentent un potentiel important pour la recherche neurologique et cardiovasculaire. Elles sont utilisées pour traiter plusieurs troubles neurodégénératifs, notamment la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer. En outre, elles sont employées dans le traitement des maladies cardiovasculaires, car elles réparent les tissus cardiaques endommagés ou lésés après un accident cardiaque. En outre, les CSM favorisent également l'angiogenèse et sont donc précieuses pour la recherche cardiovasculaire. Une étude a exploré le potentiel thérapeutique des cellules souches mésenchymateuses dérivées de l'adipeuse et de la moelle osseuse dans un modèle d'infarctus aigu du myocarde (IM). L'étude a révélé que les deux sources sont également bénéfiques pour la régénération des tissus cardiaques et la réduction de la fibrose [6]. Il est intéressant de noter que des recherches menées en 2022 ont montré que les cellules souches mésenchymateuses dérivées du cordon ombilical humain (UC-MSC) exercent des effets neuroprotecteurs sur des modèles de souris atteints de la maladie de Parkinson en régulant les micro-organismes intestinaux. Le modèle de souris a montré une amélioration de la fonction locomotrice après la transplantation intranasale de cellules souches mésenchymateuses issues du cordon ombilical humain [7].

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Numéro de produit : 300665

Références

Ding, D.C., W.C. Shyu, et S.Z. Lin, Mesenchymal stem cells. Cell Transplant, 2011. 20(1) : p. 5-14.
Zhan, X.-S., et al, A comparative study of biological characteristics and transcriptome profiles of mesenchymal stem cells from different canine tissues. International journal of molecular sciences, 2019. 20(6) : p. 1485.
Zomer, H.D., et al, Mesenchymal stromal cells from dermal and adipose tissues induce macrophage polarization to a pro-repair phenotype and improve skin wound healing. Cytotherapy, 2020. 22(5) : p. 247-260.
Kosinski, M., et al, Bone defect repair using a bone substitute supported by mesenchymal stem cells derived from the umbilical cord. Stem Cells International, 2020. 2020.
Pedrosa, M., et al, Immunomodulatory effect of human bone marrow-derived mesenchymal stromal/stem cells on peripheral blood T cells from rheumatoid arthritis patients. Journal of tissue engineering and regenerative medicine, 2020. 14(1) : p. 16-28.
Omar, A.M., et al, Étude comparative du potentiel thérapeutique des cellules souches mésenchymateuses dérivées du tissu adipeux et de la moelle osseuse sur le modèle d'infarctus aigu du myocarde. Oman Med J, 2019. 34(6) : p. 534-543.
Sun, Z., et al, Human umbilical cord mesenchymal stem cells improve locomotor function in Parkinson's disease mouse model through regulating intestinal microorganisms. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022. 9: p. 808905.