La biodisponibilité et les techniques de production des substituts cutanés

La biodisponibilité et les techniques de production des substituts cutanés

Le génie tissulaire dans la reconstruction cutanée

La peau est composée de nombreux types cellulaires spécialisés qui forment chacun différentes unités structurales de l’ordre du dixième de micromètres s’assemblant pour former un hypoderme, un derme, un épiderme, ainsi que différentes annexes cutanées. Ces structures communiquent entre elles afin de former des structures plus complexes (organe) dont l’épaisseur variera de 1,5 à 4 mm chez l’homme. Cet organe complexe constitue une enveloppe quasi imperméable au milieu extérieur offrant une protection contre les agressions d’origine chimique et microbienne. Elle est aussi le siège de nombreux processus métaboliques et assure des fonctions sensorielles, immunitaires et thermorégulatrices. Cet organe vital est constitué de trois compartiments distincts d’origine embryonnaire différente : l’épiderme provient de l’ectoderme, sauf au niveau de la région naso-frontale, d’où il provient de la partie la plus antérieure des bourrelets neuraux. Le derme a, quant à lui, quatre origines différentes : (1) la région dorsale de la tête se forme à partir du mésoderme paraxial dès le niveau de la placode otique (ou somitomères) ; (2) la partie antérieure de la tête provient des crêtes neurales ; (3) les membres et la région antérieurs du corps proviennent du mésoderme somatopleural latéral, alors que (4) la région dorsale est formée à la suite de la migration des cellules du dermatome des somites. L’hypoderme, quant à lui, provient du mésoderme.
La reconstruction tridimensionnelle ex vivo de tissus promouvant des interactions cellulaires, la déposition de la matrice extracellulaire et une architecture physiologique native, sont les buts premiers du génie tissulaire. D’abord mis au point pour les greffes des grands brûlés (Gallico G. G., 3rd et al., 1984; Green H. et al., 1979; Rheinwald J. G. et al., 1975; Rheinwald J. G. et al., 1977), différents types de substituts dermiques et épidermiques simples, ainsi que bilamellaires (derme + épiderme) ont été commercialisés.
Les substituts cutanés sont obtenus par la culture de kératinocytes à la surface de dermes reconstruits ou analogues (Auger F. A. et al., 1995; Bell E. et al., 1981; Boyce S. et al., 1990; Saintigny G. et al., 1993; Shahabeddin L. et al., 1990). On peut classer les substituts dermo-épidermiques en fonction des matériaux utilisés pour reconstruire la structure de la peau. On retrouve principalement les modèles de gel de collagène, d’éponge, de polymères synthétiques, de dermes acellulaires dé-épidermisés, et d’auto-assemblage. Ces tissus destinés à la clinique peuvent aussi être utilisés pour la recherche. Contrairement aux modèles animaux, ils permettent de contrôler la composition structurale et cellulaire, permettant de diminuer le niveau de complexité afin d’analyser chaque sous-type structural indépendamment et leurs interrelations avec les autres (Nelson C. M. et al., 2005). En principe, un échafaudage tridimensionnel de composition et d’organisation connues peut fournir la structure et le microenvironnement nécessaire à l’organisation cellulaire afin d’assurer la fonction du tissu ou de l’organe (Ott H. C. et al., 2008). Ceci présente un avantage, car les cellules se comportent différemment quand elles sont cultivées en trois dimensions dans une matrice extracellulaire (Escamez M. J. et al., 2004; Kremer M. et al., 2001; Smalley K. S. et al., 2006; Sun T. et al., 2006; Sun T. et al., 2007). Cependant, une reconstruction de novo aussi complexe ne peut à ce jour être réalisée.
 

Le génie tissulaire et la clinique

Les substituts cutanés produits pour la clinique doivent répondre à certaines exigences, lesquelles peuvent être séparées en deux catégories selon leurs : 1. Biocompatibilité : ces substituts devront être acceptés par le receveur d’un point de vue immunologique, posséder des propriétés mécaniques d’élasticité et de résistance à l’étirement, être physiologiquement actifs, imperméables, être capables d’autorenouvellement, et surtout être constitués de composants biorésorbables 2. Propriétés intrinsèques : on parlera ici essentiellement de leur temps de production, de leur prise effective sur le receveur ainsi que facilité d’utilisation.
Afin de répondre aux critères de biocompatibilité, les chercheurs et cliniciens portent une importance primordiale au système immunitaire. En effet, les progrès en transplantation ont été effectués conjointement au développement des immunosuppresseurs. L’immunosuppression qui accompagne les greffes non autologues (voir section 1.2.1.2 Les différents types de transplantation )est nécessaire puisqu’au-delà des difficultés techniques chirurgicales, il est apparu, dès les premières tentatives de transplantation, que les greffons devenaient non fonctionnels dans un délai relativement court du fait de conflits immunitaires. Ces conflits sont liés à des différences antigéniques entre les tissus et cellules du donneur et du receveur. Lorsque le donneur appartient à la même espèce que le receveur, on parle d’alloréactivité, dont l’origine principale est l’extrême polymorphisme des gènes codant pour les antigènes du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH). Dans les cas très rares où le donneur et le receveur sont identiques génétiquement (jumeaux monozygotes), il s’agit d’une transplantation isogénique et aucune réaction immunitaire n’apparaît. La xenoréactivité est remarquée lorsque le donneur et le receveur n’appartiennent pas à la même espèce.
Le système immunitaire
L’organisme possède deux mécanismes de défense pour assurer sa protection : l’immunité innée, qui entre en action rapidement, mais qui n’est pas spécifique et l’immunité adaptative, moins rapide, qui est une défense spécifique de par la reconnaissance du complexe majeur d’histocompatibilité « unique » à chaque individu.
 Le complexe majeur d’histocompatibilité
Les gènes du complexe majeur d’histocompatibilité codent pour des molécules qui s’expriment à la surface des cellules et qui influencent le rejet d’allogreffe. En effet, les molécules du CMH sont différentes d’un individu à l’autre (à condition que ces individus soient génétiquement différents) et servent donc de « carte d’identité » immunitaire.

Table des matières

Résumé
Abstract
Liste des illustrations
Liste des abréviations et des symboles
Remerciements
Avant-propos
Contributions
Chapitre 1 : Introduction
1.1. Le génie tissulaire dans la reconstruction cutanée
1.2. Le génie tissulaire et la clinique
1.2.1 Le système immunitaire
1.2.1.1 Le complexe majeur d’histocompatibilité
1.2.1.1 La réponse immunitaire
1.2.1.2 Les différents types de transplantation
1.2.1.3 Les aspects du rejet de greffe
1.2.1.4 Les types de rejet
1.2.2 La transplantation et la tolérance immunologique
1.2.2.1 Les immunosuppresseurs
1.2.2.2 La tolérance immunitaire
1.3 La biodisponibilité et les techniques de production des substituts cutanés
1.3.1 L’approche dite « Top-Down »
1.3.1.1 Le modèle de gel de collagène
1.3.1.2 Le modèle d’éponge
1.3.1.3 Le modèle de polymères biosynthétiques
1.3.1.4 Les dermes décellularisés
1.3.2 L’approche dite « Bottom-up »
1.3.2.1 Le modèle par auto-assemblage
1.3.2.2 Le modèle par bio-impression
1.3.3 Les propriétés mécaniques de la peau
1 1.3.3.1 La déformation non-linéaire
1.3.3.2 La viscoélasticité
1.3.3.3 La pré-tension et l’anisotropie
1.3.3.4 L’hétérogénéité ultrastructurale des propriétés mécaniques de la peau
1.3.4 Les substituts cutanés : application clinique et modèle d’étude pour la recherche et développement (R&D) 1.3.4.1 Les substituts dermiques pour le soin clinique
1.3.4.3 Les substituts épidermiques pour le soin clinique
1.3.4.4 Les substituts cutanés bilamellaires pour le soin clinique
1.3.4.5 Les modèles pour la recherche (translation clinique, pharmaceutique ou cosmétique)
1.4 Le LOEX et les peaux reconstruites par auto-assemblage (l’approche dite « Bottom-up »)
1.4.1 L’épiderme simple (kératinocyte)
1.4.2 L’épiderme pigmenté (kératinocytes + mélanocytes)
1.4.3 La jonction dermo-épidermique
1.4.4 Le derme
1.5 La pertinence et les objectifs du projet de recherche
1.5.1 Le besoin clinique
1.5.2 Le temps de production
1.5.3 La pigmentation
1.5.4 Les propriétés mécaniques
Chapitre 2 : Le génie tissulaire par auto-assemblage dans le recouvrement au long terme des plaies
2.1 Résumé en français
2.2 Article
2.2.1 Résumé (anglais)
2.2.2 Introduction
2.2.3 Résultats
2.2.4 Discussion
2.2.5 Matériels et méthodes
2.2.6 Matériels et méthodes supplémentaires
2.2.7 Remerciements
2.2.8 Références
Chapitre 3 : Mélanocyte et pigmentation, une part importante de notre identité et de notre survie
3.1 Résumé en français
3.2 Article
3.2.1 Résumé (anglais)
3.2.2 Introduction
3.2.3 Matériel et méthodes
3.2.4 Résultats
3.2.5 Discussion
3.2.6 Conclusion
3.2.7 Remerciements
3.2.8 Références
Chapitre 4 : Substituts cutanés reconstruits par génie tissulaire, un outil pour l’étude de l’élastogenèse
4.1 Résumé en français
4.2 Article
4.2.1 Résumé (anglais)
4.2.2 Introduction
4.2.3 Matériel et méthodes
4.2.4 Résultats
4.2.5 Discussion
4.2.6 Conclusion
4.2.7 Remerciements
4.2.8 Références
Chapitre 5 : Discussion et Conclusions
5.1. L’immunité et la biodisponibilité de tissus reconstruits par auto-assemblage
5.2. La pigmentation : Esthétique et protection
5.3. Propriétés mécaniques et impact sur la reconstruction tissulaire
5.4. Conclusions
Bibliographie (Chapitres 1 et 5)
Annexe 1 : Biocompatibility and Functionality of a Tissue-Engineered Living Corneal Stroma Transplanted in the Feline Eye
A1.1 Résumé en français
A1.2 Résumé en anglais

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