Collaborer avec le système immunitaire pour améliorer la réparation des os
Les grands défauts osseux sont d’importantes pertes de substances osseuses qui peuvent survenir après l’ablation d’une tumeur, à la suite d’une infection ou d’un traumatisme. Ces «trous» sont trop importants pour que l’organisme puisse les combler et nécessitent une intervention médicale. Les approches actuelles sont notamment l’insertion de biomatériaux pour favoriser la régénération osseuse. Or, nombre de ces matériaux sont détectés par le système immunitaire de l’organisme qui les rejette, ce qui déclenche une inflammation. Cela peut donc ralentir la guérison au lieu d’induire une réponse régénératrice. «Les chercheurs comme nous essaient maintenant de travailler avec le système immunitaire plutôt que contre lui», explique Cansu Gorgun, ancienne boursière Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (MSCA) au Collège royal de chirurgie d’Irlande(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et aujourd’hui chercheuse titulaire à l’université de Gênes. «En nous appuyant sur ce que nous appelons l’immuno-ingénierie, nous essayons d’affiner la réponse de l’organisme afin que l’environnement devienne plus favorable à une régénération correcte des tissu», ajoute-t-elle. Dans le cadre du projet METABOLATE financé par le MSCA, Cansu Gorgun et ses collègues ont concentré leurs recherches sur les vésicules extracellulaires (VE), de minuscules particules libérées par les cellules de l’organisme et qui transportent des signaux de communication biologique. Cansu Gorgun s’était fixé pour objectif de développer un échafaudage contenant des VE afin de maximiser la réparation osseuse. L’idée était que, lorsqu’elles sont attachées à des biomatériaux, les VE peuvent transférer ces messages biologiques aux cellules environnantes de la zone osseuse endommagée et stimuler le processus de guérison. «Nous savons par expérience que les VE des cellules souches améliorent la régénération osseuse plus efficacement que les cellules elles-mêmes», confie Cansu Gorgun. «Mais personne n’avait encore testé cela en utilisant des VE dérivées de cellules immunitaires humaines, et c’est précisément ce que notre projet entendait faire.»
Reprogrammer les macrophages pour promouvoir la réparation osseuse
METABOLATE a concentré ses efforts sur les macrophages, les principales cellules immunitaires impliquées dans la cicatrisation osseuse. Lorsqu’un os est endommagé, les macrophages adoptent d’abord un rôle pro-inflammatoire afin d’éliminer les débris et combattre l’infection, puis passent à un état anti-inflammatoire qui favorise la réparation des tissus et la formation de nouveaux tissus osseux. Les chercheurs ont étudié la possibilité de guider cette transition en reprogrammant le métabolisme des macrophages à l’aide de petites molécules. Ils ont ainsi généré des VE hybrides contenant des signaux pro- et anti-inflammatoires à partir de macrophages reprogrammés et ont testé leurs effets sur la moelle osseuse humaine et des cellules souches endothéliales. Ils les ont incorporées dans des échafaudages de collagène-nanohydroxyapatite et les ont testées dans des environnements in vitro et, avec l’aide d’un partenaire du projet, ils ont ensuite analysé les VE afin de comprendre les signaux moléculaires qu’elles transportent. «Tous ces travaux ont été réalisés en laboratoire et n’ont pas encore été soumis à des essais cliniques, mais les résultats sont très encourageants», ajoute Cansu Gorgun.
Ouvrir la voie à l’ingénierie du système immunitaire
La principale conclusion du projet est qu’il n’existe pas de «bon» ou de «mauvais» phénotype de macrophage pour la guérison osseuse. «Nous avons en fait besoin de macrophages pro- et anti-inflammatoires qui travaillent ensemble pour une régénération efficace», explique Cansu Gorgun. «Plus important encore, il s’agit de la première étude démontrant le rôle des VE dérivées des macrophages humains dans la réparation osseuse.» L’équipe a découvert que ces VE influencent la formation de nouveaux vaisseaux sanguins et de tissus osseux. «Cela inaugure une nouvelle voie pour l’ingénierie du système immunitaire dans le cadre de la réparation osseuse», fait remarquer Cansu Gorgun.
Guider le système immunitaire pour la régénération osseuse
Les chercheurs travaillent à présent sur les biomatériaux afin de mieux comprendre leur comportement aux différents stades du processus de guérison et d’améliorer la stabilité et la longévité des échafaudages. «Nous sommes convaincus qu’en combinant l’immuno-ingénierie et les VE, nous pouvons concevoir des implants plus intelligents qui guident le système immunitaire afin d’améliorer le potentiel thérapeutique pour la régénération des tissus», conclut Cansu Gorgun.
