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Revue du rhumatisme 80 (2013) 544–546

Disponible en ligne sur

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es cellules souches mésenchymateuses : applications dans la maladierthrosique�

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ots clés :ellules souchesrthrosehérapie cellulaire

Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont des cellulesrogénitrices adultes essentiellement isolées de la moelle osseuse,

e tissu adipeux et probablement présentes dans la plupart desissus adultes, y compris les muscles, le tissu synovial, le tissulacentaire et, récemment, les dents [1]. Elles sont actuellementl’étude pour les applications d’ingénierie tissulaire, notammentans les os et la réparation du cartilage grâce à leur potentiel àe différencier en différentes lignées telles que les chondrocytes,es ostéoblastes ou les adipocytes [2]. Les CSM de moelle ou deellules stromales (CSM) sont présentes dans la moelle osseuse

faible quantité (1/105 cellules mononucléées), ainsi que danse tissu adipeux, synovial et musculaire. Elles se distinguent desellules souches hématopoïétiques par l’expression de marqueursésenchymateux (CD105, CD106 CD93) mais elles n’expriment pas

e CD34, CD45, CD14 monocytaire, ni les marqueurs de cellules T.es phénotype décrit sur les CSM n’ont rien de spécifique et onetrouve une hétérogénéité de population MSC au sein de la moelle,vec pour certaine des propriétés tripotentes et pour d’autres unngagement dans un lignée : on parle alors de progéniteurs adi-ocytaires ou chondrocytaires. En revanche, ces cellules soucheseuvent soutenir la croissance des progéniteurs hématopoïétiquesn sécrétant un certain nombre de cytokines hématopoïétiques etes facteurs de croissances puissants. L’hétérogénéité de ces cel-

ules pose un obstacle à leur usage thérapeutique, il est probableue certaines cellules spécialisé avec un phénotype précis serassocié à une réponse biologique.

. Thérapies médiées par les MSC

Les MSC sont proposées dans de multiples applications théra-

eutiques, incluant les maladies auto-immunes dont le diabète,

e lupus, la sclérose en plaque et la maladie de Crohn, les affec-ions cardiovasculaires, la régénération des tissus ostéoarticulaires

DOI de l’article original : http://dx.doi.org/10.1016/j.jbspin.2013.08.004.� Ne pas utiliser, pour citation, la référence francaise de cet article, mais la réfé-ence anglaise de Joint Bone Spine avec le DOI ci-dessus.

169-8330/$ – see front matter © 2013 Société Française de Rhumatologie. Publié par Elsttp://dx.doi.org/10.1016/j.rhum.2013.07.006

et prévention de la GVH. Plus de 140 essais cliniques sont actuel-lement répertoriées sur le site Clinical trials.gouv. Beaucoup deces essais sont en cours, les résultats ne sont pas encore touspubliés mais leur nombre témoigne d’une activité croissante danscette indication. Les CSM sont des cellules progénitrices adultesessentiellement isolées de la moelle osseuse et le tissu adipeuxmais présentes dans la plupart des tissus adultes, y compris lesmuscles, le tissu synovial, le tissu placentaire et, récemment, lesdents. Les MSC peuvent être utilisées dans différentes stratégiesthérapeutiques. Le premier concept utilise les MSC dans l’ingénierietissulaire, par création de tissus osseux, cartilagineux ou muscu-laire en combinaison avec des biomatériaux adaptés. Un conceptplus récent repose sur leurs propriétés paracrines, liées à la sécré-tion de nombreux facteurs de croissance dont HGF, IGF, TGFb maiségalement des molécules anti-inflammatoires incluant des cyto-kines, IL1ra, IDO et HLA G5. L’effet immunomodulateur des MSCsur les cellules dendritiques et/ou sur les lymphocytes T et B sug-gèrent effectivement leur utilisation potentielle dans les maladiesdysimmunitaires.

2. Propriétés biologiques des MSC

Les MSC se définissent par leurs capacités fonctionnelles dedifférentiation et par la présence conjointe de marqueurs CD105,CD73 et CD90. Ceux-ci ne sont pas spécifiques mais leur associationest évocatrice. D’autres marqueurs ont récemment été identifiéscomme CD271, CD200, CD146 et nestin mais aucun n’est totale-ment spécifique [3]. Les MSC se distinguent des cellules soucheshématopoïétiques car elles n’expriment pas le CD34, CD45, CD14, nides marqueurs de cellules B ou T. En revanche, ces cellules souchespeuvent soutenir la croissance des progéniteurs hématopoïétiquesen sécrétant un certain nombre de cytokines hématopoïétiques(GM-CSF, IL-7, l’IL-8, IL-11) et les chimiokines tels que SDF-1.

Outre leurs propriétés de différentiation, les MSC partagentdes fonctions immunosuppressives, anti-inflammatoires et anti-fibrosantes. Elles sont proposées pour les applications d’ingénierietissulaire des tissus de soutien, notamment dans les os et la répa-ration du cartilage grâce à leur potentiel à se différencier endifférentes lignées telles que les chondrocytes ou les ostéoblastes[4]. Cette différentiation nécessite la présence de facteurs de dif-férentiation BMP2 ou TGF�3 ou des molécules de la forme Wnt en

impliquant l’activation de cascades Smad aboutissant au phéno-types chondrocytaires/ostéoblastiques. De plus, elles exercent unerégulation de la réponse immune, inhibent l’activation des lympho-cytes T bloquant le cycle cellulaire et la présentation des antigènes

evier Masson SAS. Tous droits réservés.

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ar les cellules dendritiques. Cet effet immunosuppresseur est liérincipalement à la sécrétion de facteurs solubles par les MSC etar contact direct avec les cellules immunitaires.

Parmi les médiateurs possibles identifiés, indoléamine 2,3-ioxygénase (IDO), l’oxyde nitrique synthase inductible (iNOS),

’hémoxygénase (HO facteur de croissance) – 1 ainsi que la sécrétione l’antigène des leucocytes humains (HLA)-G, la transformationl’interleukine TGF) – (IL) -6 ou la prostaglandine E2 (PGE2) ontté proposés pour jouer un rôle, mais les cellules doivent être sti-ulées par IFNg [5]. Ces mécanismes aboutissent à l’inhibition

e la prolifération des lymphocytes CD4 + et CD8 + T, les lym-hocytes B, cellules NK exercant à la fois un effet préventif surlusieurs modèles d’autoimmunité (CIA, EAE) mais également favo-isant la croissance tumorale. Pour exercer leur rôle de régulation,es cellules mésenchymateuses forment une niche périvasculairen contact étroit avec les cellules endothéliales et les ostéoblastesu sein de la moelle osseuse en étroite relation avec les cellulesouches hématopoïétiques et immunitaires. Ce sont les interac-ions directes entre ces cellules qui expliquent le rôle de régulationonctionnelle en particulier de la réponse immunitaire. Il a récem-

ent été montré que les cellules mésenchymateuses exprimante marqueur NESTIN, VCAM1, ICAM1 permettaient l’attraction ete homing des cellules souches hématopoïétiques dans la moellesseuse.

Le homing des MSC après leur injection est régulé par’expression de récepteurs de chimiokines. Ainsi, l’injection de MSC

arquées montre une colonisation rapide de la moelle osseuseui persiste jusqu’à un an après injection [6]. Néanmoins, on vaetrouver un faible pourcentage de cellules au niveau musculaire,hymique et hépatique. En revanche, en cas d’inflammation ou’ischémie localisée, on va constater une attraction des cellulesésenchymateuses dans la zone lésée. Les mécanismes impli-

ués pour expliquer ce recrutement des MSC au sein d’une zone’ischémie sont l’induction de l’expression de chimiokines. Ainsi,X CL12 (ou SDF1) est une chimiokine clé pour expliquer la recir-ulation des MSC dans la zone d’ischémie du myocarde à partir de laoelle osseuse. D’autres chimiokines, CCR1 et 7 ainsi que CX CR4 etexpliquent la migration sur le site de l’inflammation en raison de

a présence de ligands incluant CCL3 et CXCL12. Une inflammationocalisée induit le recrutement des monocytes exprimant MCP1 quia permettre le recrutement de MSC sur le site inflammatoire cares MSC expriment le récepteur CCR2. Outre le rôle des chimiokines,’expression de molécules d’adhésion comme les �1 intégrines, la

sélectine ou les interactions entre VLA4 et VCAM1 sont essen-ielles pour expliquer l’adhésion des MSC sur l’endothélium puiseurs migrations au sein des zones inflammatoires.

.1. Applications thérapeutiques dans l’arthrose

Les CSM peuvent être utilisés comme des cellules progénitriceses chondrocytes pour la régénération du cartilage après stimula-ion par contact intercellulaire et les facteurs solubles comme leGF-B1 ou hBMP-2. Les études préclinique ont montré que, après’implantation dans le condyle fémoral, les MSC de lapin enferméesans un type très hydraté de matrice collagène les défauts du car-ilage sont corrigés après quatre semaines de traitement [4,7]. Laualité du cartilage régénéré à six mois était impressionnante, maisne discontinuité entre les nouveaux tissus et ceux de l’hôte a étébservée. En effet, 20 à 100 % des bords ne sont pas physiquementntégrés au cartilage. Cela pourrait être partiellement résolu par unexposition courte de la surface du cartilage à la trypsine qui modi-e les réseau collagène de type II et de l’infiltration des faveurs du

artilage d’accueil en développant de nouveaux tissus.

Les MSC provenant de la moelle osseuse ou du périoste ont étéomparées pour leurs capacités de réparation du cartilage articu-aire chez le lapin. Dans ces expériences, les défauts du cartilage

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étaient comblé par 106 cellules inclus dans une matrice de col-lagène et deux semaines après, les MSC ont été différenciées enchondrocytes ensuite été remplacés par de l’os. À 12 semaines, l’ossous-chondral a été entièrement réparé sans perte du cartilage arti-culaire à la surface. Une limitation de ce processus de réparationest due à l’amincissement progressif du tissu réparé, visible claire-ment à 24 semaines. En outre, avec les MSC dérivées du périostes,la surface de réparation tend à devenir fibrilleuse alors qu’avec lamoelle osseuse la surface articulaire est restée lisse et régulière.En effet, malgré l’aspect histologique normal, les propriétés méca-niques du tissu réparés ne sont pas revenus à la normale (moyen deconformité : 5,2 versus 11 dans le cartilage normal) et une sépara-tion partielle avec le cartilage adjacent a eu lieu dans la plupart descondyles traités. Ainsi, les MSC de la moelle osseuse ont des applica-tions utiles pour la réparation du cartilage, mais la méthode utiliséenécessite une amélioration supplémentaire de deux fois l’épaisseurdu cartilage et des propriétés mécaniques.

Des données récentes montrent que les MCS peuvent améliorerla réparation par sécrétion continue d’un facteur de différenciationcartilagineuse. Ces propriétés exocrine concernent les applicationsostéoarticulaires. En effet, les MSC secrètent de nombreux facteursde croissance dont TGF� et HGF, IGF et des inhibiteurs des MMP,dont TIMP1. De plus, elles ont des propriétés anti-inflammatoires cequi a conduit à proposer leur injection locale intra-articulaire dansdes modèles d’arthrose. Ainsi, un premier travail sur des modèlesmurins d’arthrose induite par collagénase a montré une réductionsignificative de la synovite, du score de dégradation articulaire etde la perte de protéoglycan [8]. Ce bénéfice local a pu être reproduitdans un modèle plus large d’arthrose chez le lapin induite par uneméniscectomie et une section du croisé. Les cellules ont été retrou-vées en locale jusqu’à six mois après l’injection intra-articulaire. Lesétudes de biodistribution et de toxicologie ont montré la sécuritéde l’injection de cellules mésenchymateuses dérivées d’adipocytes.Enfin, dans un modèle de gros animal, une arthrose expérimentalede la chèvre Alpine, peut être prévenue par injection de ADSC [9].Un essai clinique de phase I a pu être initié sur le site de Montpellier.Le principe repose sur la réalisation d’une liposuccion, expansiondes CSM d’origine adipocytaire puis leurs injections locales. Cetteétude à obtenu un agrément par ANSM et le CPP, et les premierspatients sont inclus. Cette étude est en cours et les premiers résul-tats montrent une excellente tolérance à l’injection locale. Osiris,une société de biotechnologie américaine propose une utilisationde MSC allogéniques, (provenant d’un donneur unique), dans uneétude contrôlée en prévention de la maladie arthrosique aprèsméniscectomie. Cinquante patients ont été suivis pendant un an,avec un bon profil de tolérance et suggérant une amélioration fonc-tionnelle. Nous attendons les publications sur l’évaluation IRM etscore arthroscopique avant de conclure à un efficacité structurale.

2.2. Applications thérapeutiques dans l’arthrite

Des travaux expérimentaux montrant une amélioration del’inflammation articulaire dans l’arthrite expérimentale induitepar le collagène suggèrent un bénéfice thérapeutique potentieldans la polyarthrite rhumatoïde. Néanmoins, les résultats sont dis-cordants entre les études en fonction du moment de l’injection.L’amélioration clinique reste uniquement en cas d’injection pré-ventive avant l’arthrite complète. Ainsi, il a été rapporté qu’uneseule injection de MSCs primaires empêche l’apparition del’arthrite grave, ce qui a été associé à une diminution dans le sérumdes cytokines pro-inflammatoires et l’augmentation de T régula-teurs (Treg) [10]. Des résultats similaires ont été obtenus à partir

de cellules souches adipeuses (ADSC) supprimant la réponse deslymphocytes T par l’intermédiaire de l’activation des cellules Tregspécifiques de l’antigène. Néanmoins, une injection de MSC troptardive majore l’inflammation locale par réversibilité des fonctions

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mmunosuppressives des CSM [5]. Il n’y a pas actuellement d’étudelinique chez l’homme conduite dans la polyarthrite rhumatoïde.

. Identifier les « verrous technologiques » pour lespplications cliniques

Les MSC possèdent des capacités thérapeutiques mais afin’optimiser leurs utilisations en garantissant la sécurité desatients, il convient de mieux comprendre le devenir des MSC après

njection in vivo. Ainsi, les MSC autologues persistent plusieursois dans l’organisme. Il est important d’identifier le maintien de

eurs fonctions en particulier immunologiques in vivo au sein desissus cibles. Enfin, pour une application clinique, il est importante définir la posologie optimale de MSC, le nombre d’injection et laécessité de pré-activer celles ci par interféron. Enfin, il convient deéfinir le type de MSC le plus efficace (autologues ou allogéniques).

. Conclusion

La régénération de tissus endommagés dans différentes situa-ions pathologiques et inflammatoires est un objectif majeur àtteindre dans un proche avenir et cela pourrait se faire à traversne thérapie cellulaire médiée par les MSC. Les MSC semblent être

es meilleurs candidats pour la thérapie cellulaire des maladiesysimmunitaires en raison de leurs propriétés immunologiques.outefois, la régénération complète est un objectif difficile àtteindre et comprend l’intégration du tissu nouvellement régénéréu sein des tissus receveurs et la récupération d’une capacité fonc-ionnelle du tissu nouvellement formé. Enfin, les données récentes

ontrent que le bénéfice thérapeutique repose sur les propriétésaracrines médiées par les facteurs sécrétés. Afin de progresser

ur les applications thérapeutiques, une collaboration pluridisci-linaire est indispensable afin d’optimiser la production des CSM,

es doses, le suivi in vivo des cellules injectées et l’identification desécanismes physiopathologiques impliqués.

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Déclaration d’intérêts

L’auteur déclare ne pas avoir de conflits d’intérêts en relationavec cet article.

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Christian JorgensenUnité Inserm U844, CHU Saint-Éloi, 80, rue

Augustin-Fliche, 34295 Montpellier cedex 05, France

Adresse e-mail : christian.jorgensen@inserm.fr

Accepté le 12 juillet 2013Disponible sur Internet le 13 novembre 2013