Cellules souches pluripotentes, Épiblaste, Encapsulation, Bioréacteur, Thérapie cellulaire, Biomimétisme, Organoïde

Les thérapies cellulaires suscitent l'espoir de millions de patients souffrant de maladies chroniques ou en impasse thérapeutique. Les cellules souches pluripotentes en constituent la matière première de choix. La bioproduction des cellules souches est considérée comme la clef de voûte de l'industrialisation des procédés. Toutefois, les technologies de culture de ces cellules souches sont encore récentes - le travail fondateur de Shinia Yamanaka sur les cellules souches pluripotentes induites a été récompensé par le prix Nobel de médecine en 2012. La problématique de cette thèse est une question industrielle fondamentale : comment passer à l'échelle la bioproduction de cellules souches pluripotentes humaines sans en altérer l'identité et l'intégrité génétique ? Nous proposons une approche biomimétique d'encapsulation des cellules souches pluripotentes qui permet de les cultiver en suspension automatisée dans des bioréacteurs de grande taille. Grâce à un système microfluidique de coextrusion haut débit, nous pouvons produire des milliers de capsules par seconde par injecteur. Les microcapsules produites, qui ont environ 400 μm de diamètre, sont creuses et protègent les cellules durant le processus de production. L'espace interne des capsules nous permet de mimer la niche des cellules in vivo. Nous avons observé que les microcompartiments biomimétiques permettent aux cellules souches pluripotentes de s'auto-organiser sous forme de colonies en 3D cystiques semblables à l'épiblaste durant l'embryogenèse. Nous appelons cette stratégie de culture « épiblastoïdes encapsulés ». Ces épiblastoïdes encapsulés, cultivés en suspension en bioréacteur, maintiennent la pluripotence en culture de manière homogène, reproductible et prolongée. Ils aident également à atteindre des facteurs d'amplification inégalés pour de grands volumes de culture (x 282 en 6,5 jours dans un bioréacteur de 10 litres). Lors d'une culture prolongée, nous avons aussi montré que la sélection de la 'mutation 20q11.21' (par duplication du grand bras du chromosome 20) est réduite d'un ordre de grandeur par rapport aux cultures conventionnelles. La viabilité des cellules souches pluripotentes dans notre système de culture (> 98 %), très supérieure au système classique, explique probablement l'amélioration des facteurs d'amplification et la diminution de la pression de sélection. Nous présentons des résultats préliminaires d'histologie et de biophysique des épiblastoïdes. L'encapsulation protège les cellules des atteintes mécaniques au sein des bioréacteurs et permet de reconstituer une niche biomimétique à l'échelle microtissulaire. Nous espérons que la combinaison de cette protection et de ce biomimétisme permettra de produire des thérapies issues de cellules souches pluripotentes sûres et efficaces pour des millions de patients.