Involvement of endothelial cells in cardiomyocyte survival in biotherapy

Introduction : Du fait du vieillissement de la population, l'incidence des maladies cardiovasculaires ne cesse d'augmenter. C'est dans ce contexte que la thérapie cellulaire cardiaque et plus récemment l'ingénierie tissulaire ont émergé avec pour objectif premier d'améliorer la fonction cardiaque chroniquement défaillante. L'ingénierie tissulaire permet de remplacer ou de réparer les tissus et organes lésés. Dans la situation de l'insuffisance cardiaque où l'origine principale de la détérioration fonctionnelle est la perte d'un nombre critique de cardiomyocytes, une amélioration significative ne peut sans doute être obtenue qu'en implantant dans les zones de fibrose des cellules possédant un véritable potentiel de différenciation cardiomyogénique et capables de s'intégrer dans le myocarde receveur en établissant des connexions avec les cellules natives. Les cardiomyocytes dérivés des cellules souches pluripotentes humaines sont les meilleurs candidats. L'efficacité de la greffe des cellules et la survie des cardiomyocytes implantés nécessitent un apport sanguin rapide et adéquat. Objectifs : L'objectif fondamental est de concevoir un produit de biothérapie constitué soit d'un biomatériau pré-vascularisé comportant des cardiomyocytes humains soit de sphéroïdes cardiaques vasculaires. L'hypothèse de travail est que la vascularisation in vitro de nos deux modèles d'étude permettra d'améliorer le bénéfice fonctionnel et la survie des cardiomyocytes. Notre objectif durant cette étude était donc de déterminer l'impact des cellules endothéliales sur les cardiomyocytes humains et leur survie. Résultats : L'ensemble de nos études se sont déroulées in vitro et suivent trois axes stratégiques. Pour cela, nous avons dans un premier temps créé un nouveau modèle humain d'ischémie cardiaque in vitro conditionné par une diminution d'apport en oxygène, une diminution d'apport nutritif et un milieu inflammatoire. Ce modèle a été réalisé avec l'utilisation de cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines, et a reproduit in vitro les principales caractéristiques d'une ischémie cardiaque avec la présence d'une toxicité accrue, d'une désorganisation mitochondriale et de changements métaboliques ainsi que des altérations morphologiques et contractiles. Dans un second temps, nous avons optimisé la culture et la co- culture de cellules endothéliales et de cardiomyocytes dans des hydrogels de fibrine. L'apport des cellules endothéliales dans les hydrogels a permis d'améliorer la fonction contractile des cardiomyocytes et de renforcer mécaniquement les hydrogels. Enfin dans un troisième temps, nous avons synthétisé des sphéroïdes cardiaques avec des cellules endothéliales, que nous avons placés dans les conditions de notre modèle d'ischémie cardiaque afin d'observer l'impact des cellules endothéliales dans la survie des cardiomyocytes face à un stress. La présence des cellules endothéliales a permis d'améliorer non seulement la survie des cardiomyocytes mais également l'organisation structurale des protéines contractiles, et a protégé la fonction contractile des cardiomyocytes des stress ischémiques engendrés. De plus, le traitement avec un inhibiteur de l'angiogénèse a empêché les améliorations fonctionnelles et structurales apportées par les cellules endothéliales. Conclusion : La présence des cellules endothéliales dans les hydrogels ou dans les sphéroïdes a permis d'apporter un soutien et un bénéfice structural et fonctionnel aux cardiomyocytes. L'hypothèse de l'implication de l'angiogénèse dans les améliorations observées a pu être émise.