Cellules souches de la moelle osseuse et guérison

La Moelle osseuse, c'est un tissu mou qu'on trouve au centre des os. Elle contient deux types importants de cellules souches : les Cellules souches hématopoïétiques (CSH), qui produisent des globules sanguins, et les Cellules souches mésenchymateuses (CSM), qui soutiennent l'environnement où vivent les CSH. Les CSM peuvent se transformer en différents types de cellules, notamment celles qui forment les os (ostéoblastes), le cartilage (chondrocytes) et la graisse (adipocytes). Cet article parle des types de cellules souches dans la moelle osseuse, de leurs rôles et de comment elles contribuent à la santé et à la réparation des os.

#Qu'est-ce que les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (CSM-MO) ?

Les CSM-MO sont des cellules spéciales qu'on trouve dans la moelle osseuse. Elles ne sont pas très courantes et ont la capacité de se renouveler. Elles peuvent aussi se transformer en d'autres cellules qui forment différents tissus. Ces cellules sont généralement situées près des vaisseaux sanguins et sont cruciales pour créer l'environnement dont les CSH ont besoin pour fonctionner correctement. Les CSM-MO interagissent de près avec les CSH et libèrent des substances qui aident à contrôler leur comportement, y compris des facteurs qui leur font encourager à croître et à se différencier en globules sanguins.

#Recherches récentes sur la récupération post-chirurgicale

Des études récentes ont montré que le périoste, une couche de tissu recouvrant les os, pourrait aussi avoir des cellules souches qui aident les os à guérir après des blessures. Ces cellules souches périostées (CSP) partagent certaines caractéristiques avec les CSM-MO, mais les chercheurs ne comprennent pas encore pleinement leur relation. La distinction entre ces deux types de cellules souches est encore un sujet chaud parmi les scientifiques.

Bien que la moelle osseuse ait longtemps été reconnue comme une source majeure de CSM, de nouvelles découvertes suggèrent que la couche externe des os pourrait contenir plus de cellules qui contribuent à la formation de nouveaux os. Ce processus peut se faire de deux manières principales : l'ossification endochondrale, qui implique la formation de cartilage, et l'ossification intramembraneuse, où l'os se développe directement. On pense que le périoste joue un rôle important dans la guérison des os après des blessures, mais on a encore peu d'infos sur comment les CSP fonctionnent réellement et si elles peuvent contribuer à la récupération de la moelle osseuse elle-même.

#Étudier la régénération osseuse par Transplantation

Dans notre recherche, on a créé un modèle pour étudier comment la moelle osseuse guérit en transplantant un fémur entier (l'os de la cuisse) sous la peau d'une souris. Cette procédure a causé des changements immédiats dans la structure de la moelle osseuse de l'os transplanté. Au début, on a remarqué que des cellules graisseuses ont pris le dessus, ce qui est similaire à ce qui se passe dans la moelle osseuse après une chimiothérapie ou un traitement par radiation. Cependant, avec le temps, la moelle osseuse a commencé à se régénérer, les vaisseaux sanguins ont repoussé et le nombre de CSM-MO a augmenté. Finalement, les CSH de l'hôte se sont déplacées dans le greffon, permettant à la formation de globules sanguins de recommencer.

Surprenamment, on a découvert que les CSP pouvaient migrer dans la moelle osseuse et assumer des fonctions similaires à celles des CSM-MO. Ces CSP ont soutenu le retour à la formation normale de globules sanguins en exprimant des gènes spécifiques nécessaires à l'entretien des CSH. Notamment, les CSP ont montré des profils d'énergie différents et étaient mieux à même de résister au stress causé par le processus de transplantation.

#Le modèle de transplantation de l'os entier

Pour étudier la régénération de la moelle osseuse, on a utilisé un modèle qui consistait à transplanter un fémur adulte entier sous la peau de souris appariées en âge et en sexe. Après la transplantation, il y a eu une diminution rapide du nombre de cellules de la moelle osseuse. Dans les 24 heures, la viabilité de ces cellules a chuté significativement. On a constaté que la nécrose de la moelle osseuse survenue était suivie d'un remplacement des cellules sanguines par des cellules graisseuses, reflétant les effets observés après une chimiothérapie ou une irradiation.

Avec le temps, le nombre de cellules dans la moelle osseuse a commencé à se rétablir. Cinq mois après la transplantation, il n'y avait pas de différence significative dans le nombre de cellules entre l'os transplanté et l'os d'origine de l'hôte. De plus, bien que le nombre de CSH dans le greffon ne correspondait pas entièrement à celui de l'hôte à cinq mois, il n'y avait pas de différences notables dans les types de globules sanguins présents entre les deux.

#Hématopoïèse et son importance

L'hématopoïèse est le processus qui produit des globules sanguins, ce qui est crucial pour la santé globale. Pour explorer si des cellules fonctionnelles formant du sang pouvaient récupérer dans des fémurs greffés, on a réalisé un essai de transplantation de moelle osseuse. Ici, on a transplanté soit des cellules de moelle osseuse du greffon, soit de l'hôte dans des souris receveuses traitées par radiation.

Les résultats ont montré que les récipients qui avaient reçu des CSH des fémurs transplantés pouvaient maintenir une production de globules sanguins à long terme. De plus, on n'a noté aucune différence significative dans les contributions des cellules donneuses aux différents types de globules sanguins entre les deux groupes, confirmant que le nouveau modèle reflétait effectivement le processus de récupération de la moelle osseuse.

#Identifier la source des cellules dans le greffon

Ensuite, on a cherché à savoir d'où venaient les cellules hématopoïétiques et stromales dans la moelle osseuse greffée. Pour ce faire, on a utilisé des modèles murins qui ont coloré différents types de cellules. On a découvert que presque toutes les CSM-MO dans le greffon provenaient du fémur transplanté, tandis que la majorité des cellules sanguines provenaient de l'hôte. Fait intéressant, les cellules endothéliales dans le greffon provenaient à la fois de l'hôte et du greffon.

Ces découvertes étaient cohérentes avec des études précédentes montrant que différentes cellules progénitrices contribuent aux structures vasculaires au sein de la moelle osseuse. Plus de recherches sont nécessaires pour clarifier comment ces différents types de cellules travaillent ensemble lors du processus de régénération.

#Le rôle des cellules souches périostées (CSP)

Les CSP sont importantes pour la réparation osseuse, et on a remarqué qu'elles augmentaient significativement en nombre après la transplantation de l'os. Malgré la baisse des cellules de moelle osseuse, les cellules périostées ont maintenu leur viabilité. On a quantifié les CSP et les CSM-MO en les colorant avec des marqueurs spécifiques. Les CSP montraient la plus haute activité pour former des colonies et étaient aussi capables de se différencier en divers types de cellules.

On a observé une expansion notable des CSP à partir de trois jours après le processus de transplantation, atteignant un pic le huitième jour. Ces résultats ont été corroborés par des études de microscopie révélant une augmentation des progéniteurs squelettiques dans le périoste. Notamment, on a trouvé des cellules du périoste se déplaçant progressivement vers l'os compact.

Pour évaluer l'importance du périoste dans la régénération globale de la moelle osseuse, on a comparé des fémurs avec leur périoste intact à ceux dont il avait été retiré. On a trouvé que les fémurs sans le périoste avaient significativement moins de cellules et de CSM-MO cinq mois plus tard, suggérant que le périoste joue un rôle crucial dans la récupération.

#Résistance au stress des CSP par rapport aux CSM-MO

Puisque les CSP étaient capables de survivre mieux que les CSM-MO après transplantation, on a examiné les différences entre ces deux types de cellules. Notre analyse a indiqué que les CSP exprimaient des gènes liés au maintien dans un état de repos et affichaient une activité plus faible dans les gènes qui favorisent la division cellulaire. De plus, les CSP montraient une activité métabolique plus faible, suggérant qu'elles étaient mieux équipées pour faire face au stress par rapport aux CSM-MO.

On a également constaté que les CSP avaient des niveaux plus faibles d'espèces réactives de l'oxygène (ERO), qui sont des molécules nuisibles pouvant endommager les cellules. Elles exprimaient aussi plus d'enzymes antioxydantes qui aident à neutraliser les ERO, indiquant davantage leur capacité à résister au stress. Cela suggère que les CSP peuvent survivre mieux que les CSM-MO dans des conditions stressantes comme celles qu'on voit après transplantation.

Malgré ces différences, quand on a mis à la fois des CSP et des CSM-MO dans le même environnement sous stress, les CSP sont restées plus résilientes. Elles ont montré moins d'apoptose (mort cellulaire) par rapport aux CSM-MO, indiquant que les CSP ont des propriétés intrinsèques qui les aident à résister à des conditions de stress.

#Les CSP contribuant à la récupération de la moelle osseuse

Étant donné que la transplantation osseuse a provoqué une déplétion des cellules de la moelle osseuse avec une augmentation des CSP, on a proposé que ces cellules pourraient migrer dans la moelle osseuse et aider dans la récupération. Pour tester cette théorie, on a enveloppé des fémurs d'un type de souris avec le périoste d'un autre type et on a transplanté cela dans des souris hôtes.

Après cinq mois, on a trouvé que les CSM-MO dérivées du périoste étaient présentes dans la moelle osseuse, indiquant que les CSP peuvent migrer et contribuer à la récupération de la moelle osseuse. Ces cellules exprimaient des gènes cruciaux de maintenance de niche similaires à ceux des CSM-MO natifs. Les cellules dérivées du périoste semblaient adopter des caractéristiques des CSM-MO normales, y compris la capacité à soutenir les cellules formant du sang.

#Conclusion

Pour résumer, notre étude a utilisé un modèle de transplantation d'os entier pour examiner comment la moelle osseuse se remet après une blessure. On a découvert que les CSP peuvent faciliter la régénération des CSM-MO, soulignant leur rôle dans le soutien à la récupération des cellules sanguines. Cette recherche ouvre de nouvelles voies pour des traitements destinés à améliorer la récupération de la moelle osseuse dans diverses conditions médicales.

À travers cette enquête, on a appris que le périoste est une riche source de cellules souches qui peuvent migrer dans la moelle osseuse et aider à la guérison. De plus, les différences de résistance au stress entre les CSP et les CSM-MO soulignent l'importance de comprendre ces types de cellules pour de futures applications thérapeutiques. Globalement, nos résultats améliorent la compréhension de la façon dont les cellules souches contribuent à la santé et à la récupération des os.