Tesi sul tema "Cellules souche de la pulpe dentaire"

La pulpe dentaire contient des cellules souches dormantes qui sont mobilisées suite àune lésion et participent aux processus de réparation dentinaire. L’utilisation de cellulessouches pulpaire en clinique dentaire n’est encore qu’un projet. La mise en place de nouvellesthérapies implique de caractériser ces cellules souches: (i) de définir leurs propriétésintrinsèques in vitro et (ii) leur capacité à améliorer la réparation dentaire in vivo. Un autreenjeu est d’identifier des marqueurs de ces cellules souches afin de pouvoir les localiser et lestrier au sein de la pulpe dentaire.Des lignées ayant les propriétés de cellules souches «pulpaires» ont été établies aulaboratoire à partir de la pulpe de molaires d’embryons de souris (ED18). Ces cellules portentla signature du lignage odontogénique, elles expriment Lhx 6 et Lhx 7, deux gèneshoméotiques qui spécifient la région du premier arc branchial à l’origine des odontoblastes.La caractérisation de ces lignées a permis d’apporter la première démonstration que descellules souches multipotentes sont présentes dans la pulpe. La lignée A4 a la capacité de sedifférencier de façon mutuellement exclusive, selon la nature des inducteurs et la géométriedes contacts intercellulaires (3D vs 2D), vers les programmes ostéogénique, chondrogénique,adipocytaire ou odontogénique. Les lignées C5 et H8 sont des cellules souches avec unpotentiel de différenciation restreint au lignage ostéo-odontogénique. Les cellules souchespulpaires expriment des marqueurs de surface communs avec les MSCs (cellules souches dela moelle). Un marqueur, CD90 (Thy 1), est absent dans les cellules multipotentes mais estexprimé par les clones qui ont des potentialités plus restreintes.Un axe in vivo a aussi permis de montrer pour la première fois que l’implantation decellules souches pulpaires dans la molaire de rat n’affecte pas la vitalité pulpaire et peutréparer une lésion dentinaire.La recherche sur les cellules souches dentaires est toujours confrontée à l’absence deconnaissances concernant la localisation, l’identité et les propriétés intrinsèques des cellulesqui participent à la formation de dentine réparatrice. En exploitant ces cellules pulpaires, nousavons récemment mis en évidence que l’inactivation de la voie Wnt canonique est une étapenécessaire à la transition entre l’état «cellule souche» et la «détermination» vers le lignageodontogénique. Cette observation a été validée in vivo: l’implantation d’un activateurpharmacologique de la voie Wnt, (le BIO) inhibe la formation «naturelle» de dentineréparatrice au niveau du site de la lésion.De façon surprenante, des approches biochimiques et pharmacologiques, nous ont aussipermis de découvrir que les cellules souches pulpaires possèdent l’ensemble des fonctions desneurones sérotoninergiques et des neurones dopaminergiques, incluant l’expression d’unrépertoire bien défini de récepteurs sérotoninergiques et dopaminergiques. Une étudephénotypique de souris KO pour le récepteur sérotoninergique 5-HT2B par microCT/ imageriemontre que ce récepteur contribue à l’amélogenèse et participe au développement de la sphèrecranio-faciale.Ces travaux avec une synergie des approches in vitro-in vivo ont pour but d’apporter desbases fondamentales pour développer des approches de thérapie cellulaire en biodentisterie
Pas de résumé en anglais

Ces dernières années, des thérapies à base de cellules mésenchymateuses ont été développées pour améliorer les thérapies qui visent à réparer l'homme et notamment la pulpe dentaire. Dans ce contexte, la dent apparait comme la source de cellules mésenchymateuses, souches ou progénitrices, permettant de réparer la pulpe dentaire. En effet, la pulpe dentaire est facile d'accès et les cellules pulpaires présentent un fort potentiel de différenciation. Actuellement, les différents organismes de contrôle recommandent d'utiliser des procédures standardisées pour l'isolement, le stockage et l'expansion des cellules en culture pour garantir une sécurité et une reproductibilité optimale lorsque les cellules sont utilisées en culture cellulaire. Cependant, la plupart des procédures utilisées pour la production de cellules à partir de la pulpe dentaire ne sont pas entièrement satisfaisante, car elles peuvent altérer les propriétés biologiques et la qualité des cellules. En effet, les procédures d'isolement cellulaire, d'enrichissement, de cryopréservation et d'amplification pendant de nombreux passages dans des milieux contenant des produits d'origine animale ou humaine sont connues pour affecter le phénotype des cellules, la viabilité, la prolifération et les capacités de différenciation. Ce travail de thèse s'intéresse à compiler les stratégies actuelles de fabrication de produits cellulaires à partir de la pulpe dentaire, puis il propose de nouveaux protocoles pour améliorer l'efficacité, la reproductibilité et la sécurité de ces nouvelles stratégies thérapeutiques. Ainsi nous avons isolé, amplifié et cryopréservé des cellules de la pulpe dentaire. Grace à un travail d'immunophénotypage, nous avons pu étudier différentes souspopulations à l'intérieur de la population totale. Enfin nous avons montré que ces cellules sont capables de rester congelées pendant plus de 500 jours sans présenter d'anomalies du caryotype et de conserver un potentiel de différenciation ostéo/odontogénique
Dental research currently explores the potential of cell-based products and tissue engineering protocols to be used as alternatives to usual pulp/dentin and bone therapies. In this context, stem/progenitor cells appear to be particularly appropriate because of their high expansion ability and differentiation potential both in vitro and in vivo. If bone marrow and adipose tissue are considered potential sources of stem/progenitor cells, painful collection protocols, the decline of the amount of stem/ progenitor cells with age, the necessity of general anesthesia, reduced proliferation capacity, and risk of morbidity at the collection site encourage the search for alternative candidates. Human impacted third molars are frequently removed for therapeutic reasons and the loose connective tissue they contain, the dental pulp, appears to be a valuable source of stem/progenitor cells for pulp/dentin and bone engineering. Indeed, it contains various cell populations that exhibit osteo/odontoblastic differentiation capabilities and that can be cryopreserved for periods of time greater than 6 months. Interestingly, human dental pulp cell (HDPC) populations were recently successfully used for regenerating human pulp/dentin and bone. Cell-based products for tissue engineering are now referred to as human cellular tissue-based products or advanced therapy medicinal products, and guidelines from the American Code of Federal Regulation of the Food and Drug Administration (21 CFR Part 1271) and the European Medicines Agency (European Directive 1394/2007) define requirements for appropriate cell production. These ‘‘good manufacturing practices’’ include recommendations regarding laboratory cell culture procedures to ensure optimal reproducibility, efficacy, and safety of the final medicinal product

La recherche sur les cellules souches pourrait proposer une alternative conservatrice et biocompatible aux traitements actuels basés sur une approche biomécanique. Lors d’une lésion dentinaire, des cellules souches pulpaires sont recrutées pour participer à la formation d’une dentine réparatrice. Mon travail de thèse a eu pour objectifs d’apporter des éléments de réponse sur (i) les propriétés des progéniteurs pulpaires (ii) les voies de signalisation (signaux, récepteurs…) qui assurent leur recrutement le long du lignage ostéo-odontogénique (iii) la capacité de cellules souches pulpaires à favoriser la réparation dentinaire après implantation dans une dent lésée. Les travaux ont porté sur 3 axes : Axe in vitro. Des lignées cellulaires dérivées de pulpe dentaire d’embryons de souris présentant des propriétés de cellules souches ont été établies et caractérisées. Ces lignées (A4, C5, H8) maintiennent un phénotype stable à l’état de précurseurs et ne se différencient jamais spontanément. Axe in vivo. L’implantation de molécules bioactives (peptides d’amélogénine) ou des cellules souches pulpaires A4 dans la première molaire maxillaire de rat, favorise la formation de dentine réparatrice. Axe imagerie. Nous avons contribué au développement de nouveaux outils d'imagerie tomographique à rayons X permettant des analyses tridimensionnelles à la fois qualitatives et quantitatives des tissus osseux et dentaires en confrontant les données obtenues par histologie classique à celles visualisées et quantifiées via l’imagerie tomographique micro-CT
Stem cell based research may provide a conservative alternative to current treatments based on a biochemical approach. My thesis work was founded on 3 complementary approaches in order to pave the way to the development of new conservative tools in biodentistry. In vitro axis. We derived cell lines from the dental pulp of mouse embryo displaying stem cell properties. These stem cells evidenced the formal demonstration that multipotent stem cells do exist in the pulp. In vivo axis. Our data show that the implantation of bioactive molecules or dental pulp stem cells in the first maxillary molar of rat leads to the repair of pulp exposure. In silico axis. We contributed to the development of new imaging tools allowing quantitative and qualitative analysis of hard tissues in a non-invasive way

La thérapie canalaire occasionne à la dent traitée une perte de sensibilité et de vitalité. La dent n’est plus en mesure de combattre une infection éventuelle et reste fragile. Pour une dent permanente immature nécrosée, la perte de vitalité peut mener à l’arrêt de la croissance radiculaire. La mise au point d’une technique de régénération est nécessaire pour guider le processus de différenciation des cellules souches vers le type cellulaire désiré et permettre de regagner la vitalité du tissu pulpaire. L’étude a pour but d’examiner si une matrice poreuse à base de collagène permet la différenciation des cellules souches humaines de la pulpe dentaire (CSPD) en cellules odontoblastiques. Des CSPD ont été mises en culture avec ou sans facteurs de différenciation odontoblastique, en monocouche ou en présence de la matrice collagénique. L’adhésion a été observée à 6 et à 24 h. La prolifération a été étudiée par la technique d’incorporation du bromure 3-(4,5- diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium (MTT) à 3 et 5 jours. La morphologie cellulaire a été visualisée par microscopie optique à 3 et 7 jours. La formation de tissu calcifié et l’activité de la phosphatase alcaline (ALP) ont été évaluées à 2, 3 et 4 semaines. La sialophosphoprotéine de la dentine (SPPD) et l’ostéocalcine (OC) ont aussi été examinées par transfert de protéines. Les résultats montrent que les CSPD adhèrent et prolifèrent en présence du milieu de différenciation et de la matrice de collagène. Il y a production d’ALP et de tissu calcifié en présence du milieu de différenciation et de la matrice de collagène. L’analyse protéique indique la production de SPPD et d’OC, confirmant la différenciation de CSPD en cellules odontoblastiques au contact de la matrice de collagène. La matrice de collagène pourrait offrir un microenvironnement favorisant la différenciation des CSPD en odontoblastes dans le système canalaire in vivo.
Root canal therapy results in loss of tooth sensitivity and vitality. The tooth cannot respond to subsequent infections and become brittle. When permanent teeth become necrotic at early patient age, the treatment options are limited and the long-term survival of these teeth is questionable due to the thin, incompletely formed dentin walls and the minimal crown-root ratio. The regenerative endodontic procedures offer a new treatment option to promote healing as well as replace the pulp-dentin complex with a possible recovery of the pulp vitality. The objective of this study was to investigate if a biological porous collagen scaffold promotes differentiation of human dental pulpal stem cells (DPSC) into odontoblast-like cells. DPSCs were cultured in standard or differentiation medium either in monolayer or in contact with a collagen scaffold. The adhesion of DPSCs was observed at 6 and 24 h. The cell proliferation was studied by using 3-(4,5- dimethylthiazolyl-2)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, at 3 and 5 days. Cellular morphology was visualized by optic microscopy at 3 and 7 days. Tissue mineralization and alkaline phosphatase activity (ALP) were appreciated after 2, 3 and 4 weeks. Dentin sialophosphoprotein (DSPP) and osteocalcin (OC) were examined by Western blot. The results showed that DPSCs adhere and proliferate in contact with the collagen scaffold. Production of calcified tissue and ALP were observed when DPSCs were cultured on the collagen scaffold. Protein analysis demonstrated production of DSPP and OC, which confirms the presence of odontoblast-like cells when in contact with the collagen scaffold. Overall, our study demonstrated the potential use of the porous collagen scaffold to promote DPSC differentiation in odontoblast-like cells in root canal system in vivo.

La pulpe dentaire est sujette à des lésions sévères faisant suite à une carie dentaire ou à un traumatisme. La thérapeutique conventionnelle préconisée alors est le traitement endodontique, qui consiste en l’exérèse de la totalité de la pulpe dentaire et le comblement de l’espace pulpaire par un matériau inerte. Ce traitement induit une fragilisation de la dent et une plus grande susceptibilité aux infections. Au cours de ce travail, nous avons mis au point une solution alternative, en proposant le remplacement de la pulpe dentaire lésée par une « pulpe équivalente » constituée de cellules souches mésenchymateuses de la pulpe ensemencées dans une matrice de collagène. Nous avons testé ce substitut pulpaire au travers d’un modèle de pulpotomie de la molaire chez le rat, à savoir l’exérèse de la totalité du parenchyme de la chambre pulpaire et conservation du réseau vasculaire radiculaire, où nous avons implanté des « pulpes équivalentes ». Notre objectif étant notamment de déterminer le devenir des cellules souches pulpaires implantées dans la dent grâce à l’imagerie nucléaire, dans ce contexte de développement d’une thérapie cellulaire. Les cellules ont été marquées à l’111Indium-oxine préalablement à leur implantation. Nous avons montré que le marquage n'avait pas d'incidence sur la viabilité et la prolifération des cellules pulpaires. Le suivi du signal s’est fait par tomographie d'émission monophotonique, couplée à un scanner spécifique du petit animal (NanoSPECT/CT, Bioscan), hebdomadairement pendant 3 semaines. Nous avons mis en évidence que l'intensité du signal SPECT était directement liée à l'intégrité des cellules, puisque que les matrices implantées avec des cellules marquées puis lysées par choc isotonique présentaient une diminution rapide de l’intensité du marquage. Grâce à la sensibilité de la méthode d’imagerie choisie, nous avons montré l’absence de diffusion majeure des cellules dans la circulation sanguine à partir du site d'implantation, ce qui pourrait constituer un risque de minéralisation ectopique lié à l’implantation de cellules souches mésenchymateuses. Par ailleurs, l’étude par histologie des processus de réparation et régénération de la pulpe dans les dents de rat a mis en évidence une prolifération abondante de cellules de type fibroblastique au sein des matrices, ainsi que la présence de nombreux vaisseaux et de nerfs dans la matrice cellularisée et à proximité. Ces résultats, non observés dans les matrices implantées avec des cellules lysées, suggéraient donc une fonctionnalité du tissu reconstruit et suggéraient que les cellules pulpaires implantées favorisaient une néovascularisation rapide de la pulpe équivalente, vraisemblablement en induisant un recrutement de cellules endothéliales à partir du réseau vasculaire radiculaire résiduel
The dental pulp is prone to severe injuries following a tooth decay or trauma. Conventional recommended therapy is the endodontic treatment, which consists in the removal of all of the dental pulp and filling of the pulp space with an inert material. This treatment leads to a weakening of the tooth and a greater susceptibility to infection.In this work, we have developed an alternative solution, proposing the replacement of the injuried dental pulp by an " pulp equivalent " consisting of mesenchymal stem cells from the pulp seeded in a collagen matrix . We tested this pulp substitut through a model of the molar pulpotomy in rats, ie. the removal of the entire parenchyma of the pulp chamber and preservation of the root vascular network and implantation of the pulp equivalent. Our aim was to determine the fate of pulp stem cells implanted in the tooth by nuclear imaging in the context of developing a cell therapy. The cells were labeled with 111Indium - oxine prior to their implantation. We have shown that the labelling had no effect on the viability and proliferation of pulp cells. The signal tracking was done by single photon emission tomography , coupled with a specific small animal scanner ( NanoSPECT / CT , Bioscan ) weekly for 3 weeks. We demonstrated that the intensity of SPECT signal was directly related to the integrity of the cells, since the lysed labeled cells by isotonic shock showed a rapid decrease in the intensity of labeling . Due to the sensitivity of the chosen imaging method , we have shown the absence of major diffusion cells into the bloodstream from the site of implantation, which could result in a risk of ectopic mineralization related to the implementation of mesenchymal stem cells.Furthermore, the study by histology repair processes and regeneration of the pulp in teeth rat showed abundant proliferation of fibroblast-like cells within the matrix , and the presence of numerous vessels and nerves in matrix cellularized. These results , not observed in the matrices implanted with lysed cells, thus suggesting a feature of the reconstructed tissue and suggested that the pulp cells implanted favored a rapid neovascularization equivalent pulp, presumably by inducing the recruitment of endothelial cells from the residual root vascular network

Les cellules souches de la pulpe dentaire humaine (DPSCs) sont des cellules souches mésenchymateuses (MSCs) isolées de la pulpe dentaire. Les DPSCs sont capables de s’auto-renouveler et se différencier en plusieurs types cellulaires tel que les odontoblastes, les ostéoblastes, les chondrocytes, les neuroblastes et les adipocytes. Les propriétés immunitaires des DPSCs sont de plus en plus étudiées, elles hébergent des récepteurs de types Toll à la surface, possedent une activité immuno-modulatrice.Cependant, les propriétés immunitaires comme celles décrites dans les cellules immunitaires professionnelles telles que la phagocytose, la production de composés anti-microbiens et le nouveau concept « Trained immunity » pourraient être étudiées. une brève revue a été élaborée pour mettre en évidence l'ensemble des propriétés immunitaires des DPSCs décrites dans la littérature. Ensuite, expérimentalement, nous avons montré que les DPSCs pouvaient internaliser le pathogène bactérien Bartonella quintana. En outre, nous avons décrit la capacité des DPSCs à développer une immunité entrainée “trained immunity”. Il s’agit d’une mémoire inflammatoire concernant deux cytokines IL-6 et MCP-1. La stimulation des DPSCs avec le ligand bactérien LPS ou PGN induit une augmentation de l’expression et de la production de l'IL-6 et du PGN après un second stimulus. Dans l'ensemble, l'étude des propriétés immunitaires des DPSCs montre que ces dernières peuvent agir comme des cellules immunitaires
Dental pulp Stem cells (DPSCs) are mesenchymal stem cells (MSCs) isolated from the dental pulp. DPSCs are able to self-renew and differentiate into several cell types such as odontoblasts, osteoblasts, chondrocytes, neuroblasts and adipocytes.The immune properties of DPSCs are being studied more and more, they harbor Toll-like receptor on the surface and have an immunomodulatory activity.However, immune properties such as those described in professional immune cells such as phagocytosis, production of antimicrobial compounds and the new concept "Trained immunity" could be studied.A brief review has been developed to highlight the set of immune properties of DPSCs described in the literature. Then, experimentally, we showed that DPSCs could internalize the bacterial pathogen Bartonella quintana.In addition, we have described the ability of DPSCs to develop trained immunity. It is an inflammatory memory concerning two cytokines IL-6 and MCP-1. Priming DPSCs with the bacterial ligand LPS or PGN induces an increase in the expression and production of IL-6 and PGN after a second stimulus.Overall, the study of the immune properties of DPSCs shows that DPSCs can act as immune cells

La pulpe dentaire est sujette à des lésions sévères faisant suite à une carie dentaire ou à un traumatisme. La thérapeutique conventionnelle préconisée alors est le traitement endodontique, qui consiste en l'exérèse de la totalité de la pulpe dentaire et le comblement de l'espace pulpaire par un matériau inerte. Ce traitement induit une fragilisation de la dent et une plus grande susceptibilité aux infections. Au cours de ce travail, nous avons mis au point une solution alternative, en proposant le remplacement de la pulpe dentaire lésée par une " pulpe équivalente " constituée de cellules souches mésenchymateuses de la pulpe ensemencées dans une matrice de collagène. Nous avons testé ce substitut pulpaire au travers d'un modèle de pulpotomie de la molaire chez le rat, à savoir l'exérèse de la totalité du parenchyme de la chambre pulpaire et conservation du réseau vasculaire radiculaire, où nous avons implanté des " pulpes équivalentes ". Notre objectif étant notamment de déterminer le devenir des cellules souches pulpaires implantées dans la dent grâce à l'imagerie nucléaire, dans ce contexte de développement d'une thérapie cellulaire. Les cellules ont été marquées à l'111Indium-oxine préalablement à leur implantation. Nous avons montré que le marquage n'avait pas d'incidence sur la viabilité et la prolifération des cellules pulpaires. Le suivi du signal s'est fait par tomographie d'émission monophotonique, couplée à un scanner spécifique du petit animal (NanoSPECT/CT, Bioscan), hebdomadairement pendant 3 semaines. Nous avons mis en évidence que l'intensité du signal SPECT était directement liée à l'intégrité des cellules, puisque que les matrices implantées avec des cellules marquées puis lysées par choc isotonique présentaient une diminution rapide de l'intensité du marquage. Grâce à la sensibilité de la méthode d'imagerie choisie, nous avons montré l'absence de diffusion majeure des cellules dans la circulation sanguine à partir du site d'implantation, ce qui pourrait constituer un risque de minéralisation ectopique lié à l'implantation de cellules souches mésenchymateuses. Par ailleurs, l'étude par histologie des processus de réparation et régénération de la pulpe dans les dents de rat a mis en évidence une prolifération abondante de cellules de type fibroblastique au sein des matrices, ainsi que la présence de nombreux vaisseaux et de nerfs dans la matrice cellularisée et à proximité. Ces résultats, non observés dans les matrices implantées avec des cellules lysées, suggéraient donc une fonctionnalité du tissu reconstruit et suggéraient que les cellules pulpaires implantées favorisaient une néovascularisation rapide de la pulpe équivalente, vraisemblablement en induisant un recrutement de cellules endothéliales à partir du réseau vasculaire radiculaire résiduel.

La migration des cellules souches de la pulpe dentaire (DPSCs) est un aspect fondamental de l’ingénierie tissulaire dentaire. L’objectif de cette thèse est de déterminer l’influence de la rigidité du substrat sur la migration des DPSCs. Dans une première partie, nous avons montré que les DPSCs sont capables de survivre et de proliférer sur des substrats de polydiméthylsiloxane (PDMS) avec un module de Young de 1,5 kPa à 2,5 MPa sans se différencier. Nous avons observé que la vitesse moyenne des DPSCs est augmentée sur les substrats de faible rigidité. De plus, la Yes-associated protein (YAP) conserve une localisation nucléaire même sur les PDMS de faible rigidité. Finalement, nous avons montré que sur un substrat comportant deux rigidités différentes, les DPSCs n’adoptent pas de direction de migration préférentielle, contrairement au phénomène de durotaxie classiquement décrit dans la littérature
Migration of dental pulp stem cells (DPSCs) is a fundamental aspect of dental tissue engineering. The objective of this thesis is to investigate the influence of substrate stiffness on DPSCs migration. In the first part of this thesis, we showed that DPSCs are able to survive and proliferate on polydimethylsiloxane substrates (PDMS) with a Young's modulus of 1.5 kPa to 2.5 MPa without differentiating themselves. We observed that the average speed of DPSCs is increased on substrates with low stiffness. In addition, the Yes-associated protein (YAP) maintains a nuclear localization even on PDMS with low rigidity. Finally, we have shown that on a substrate with two different stiffnesses, DPSCs do not adopt any preferential migration direction, unlike the process of durotaxis classically described in the literature

Mon projet de thèse est consacré à l'application clinique potentielle des cellules souches dentaires utilisées comme transporteurs des drogues anticancéreuses pour cibler les cancers, en particulier les cancers oraux. Cela vise à réduire les effets secondaires et à améliorer l'efficacité du traitement systémique de chimiothérapie. La recherche en oncologie et les traitements innovants tels que la thérapie innovante à base de cellules souches sont appliqués dans le domaine pour améliorer la santé générale et la qualité de vie des patients atteints de cancer. Ainsi, le couplage des capacités d'interaction multipotentes, le tropisme tumoral, les capacités de migration, et la tolérance des cellules souches mésenchymateuses adultes (MSC) avec les propriétés nanomédicales des médicaments anticancéreux, constituent une plateforme attrayante pour une utilisation thérapeutique. Les MSC ont acquis une forte activité antitumorale après les avoir chargés avec des médicaments anticancéreux. Les données in vivo démontrées précédemment ont prouvé l'utilisation potentielle des MSC pour l'administration locale du médicament antitumoraux le plus courant, le paclitaxel (PTX). Dans ce projet, notre équipe utilise des cellules souches mésenchymateuses humaines de la pulpe dentaire (DPSC) pour évaluer pour la première fois leur potentiel de traitement anticancéreux. Ce modèle se concentrera sur (1) l'interaction entre les cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) et les médicaments anticancéreux, notamment paclitaxel, (2) l'efficacité de l'approche du traitement chimio-thérapeutique et la compatibilité pour les applications auto/hétérologues, et (3) le sort de DPSC après le traitement.La microscopie Confocale Raman est la méthode qui permet de tracer les médicaments à l'intérieur des cellules vivantes sans étiquetage. L'absorption de médicaments, l'apoptose et le suivi de différentes enzymes et protéines dans la cellule pourraient être réalisés par une analyse Raman assistée par logiciel. Cela permet de comprendre le rôle que jouent les cellules souches dans le développement et la progression du cancer. Par la suite, nous allons réaliser des modèles de culture 3D et développer des modèles animaux pour les études in vivo. L'application de cellules souches de la pulpe dentaire pour l'administration ciblée de médicaments directement aux tissus cancéreux est une option alternative pour réduire la morbidité associée à la chimiothérapie et pour augmenter l'efficacité des traitements systémiques contre le cancer
My thesis project is devoted to the potential clinical application of dental stem cells used as anticancer drug carriers to target cancers, especially oral cancers. This aims at reducing the side effects and improving the effectiveness of the systemic chemotherapy treatment. Oncology research and innovative treatments such as innovative stem cell-based therapy are applied in the field to improve general health and quality of life of cancer patients. Thus, coupling the multipotential interacting capacities, tumor-tropism and migration abilities, and tolerance of adult Mesenchymal Stem Cells (MSCs) with nanomedical properties of the anticancer drugs provides an attractive platform for therapeutic use. MSCs were found to acquire strong anti-tumor activity after priming with anti-cancer drugs. Previously demonstrated in vivo data proved the potential use of MSCs for local delivery of the commonest anti-neoplastic drug, paclitaxel (PTX). In this project, our team uses human mesenchymal stem cells from dental pulp (DPSC) to assess for the first time their anti-cancer delivery potential. This model will focus on (1) the interaction between dental pulp stem cells (DPSC) and anticancer drugs, notably paclitaxel, (2) the efficacy of the chemotherapeutic treatment approach and compatibility for auto/heterologous applications, and (3) the fate of DPSCs after treatment. Confocal Raman microscopy is the method that enables to trace drugs inside living cells without labeling. Drug uptake, apoptosis, and tracing different enzymes and proteins in the cell could be performed by software-aided Raman analysis. This enables to understand the role that stem cells play in the development and progression of cancer. Subsequently, we will perform 3D culture models and develop animal models for in vivo studies. Application of dental pulp stem cells for targeted drug delivery straight to cancer tissue is an alternative option to reduce the chemotherapy-associated morbidity and to increase the efficacy of systemic cancer treatments

La dent est un tissu vivant, confronté tout au long de la vie à de multiples agressions (caries, traumatismes...) qui peuvent entraîner la nécrose de la pulpe. La mise au point d’une «pulpe équivalente» pourrait constituer une approche thérapeutique innovante comme alternative aux traitements actuels d’endodontie. La pulpe des dents temporaires constitue un réservoir de cellules souches mésenchymateuses (SHED Stem cells from Human Exfoliated Deciduous teeth) aux potentiels de prolifération et de différenciation élevés. L’objectif global de ce travail est de reconstituer un tissu pulpaire fonctionnel en développant une pulpe équivalente (cellules pulpaires mésenchymateuses ensemencées dans une matrice 3D de collagène) pour être greffée à l’intérieur de la chambre pulpaire préalablement évidée afin de conserver la vitalité de la dent. Les objectifs spécifiques ont été : In vitro : 1) d'étudier le potentiel angiogénique des SHED comparés à des fibroblastes dermiques en conditions normoxiques et hypoxiques, 2) de déterminer la durée de pré-conditionnement hypoxique optimale pour stimuler le potentiel angiogénique des SHED, 3) de sélectionner une potentielle cytokine activant la formation de capillaires, 4) d’analyser l’effet de l’hypoxie sur l’expression des marqueurs de surfaces des SHED, et 5) de vérifier que l’hypoxie n’altérait pas le potentiel de minéralisation de ces cellules. In vivo : 1) d’évaluer, dans un modèle pré-clinique d’implantation de pulpes équivalentes en site ectopique chez la souris, l’effet du pré-conditionnement hypoxique sur le potentiel angiogénique des SHED. Ces expériences ont d’abord été conduites avec des cellules pulpaires de souris puis confirmées avec des SHED implantées dans des souris immunodéficientes, et 2) de développer des techniques d’imagerie dynamique pour suivre la néoangiogenèse dans les pulpes équivalentes implantées. Enfin, dans un objectif de transfert vers la clinique dentaire humaine, nous avons étudié l’effet d’un nouveau biomatériau à base de calcium tricalcique sur la réparation tissulaire dans un modèle de blessure pulpaire chez le rat, en comparaison aux matériaux de référence
The tooth is a living organ, faced throughout life to multiple attacks (caries, trauma ...) which can cause necrosis of the pulp. The development of a" pulp equivalent " could be an innovative therapeutic approach as an alternative to current endodontic treatments. The pulp of deciduous teeth is a reservoir of mesenchymal stem cells (Stem cells SHED from Human Exfoliated Deciduous teeth) with a high potential of proliferation and differentiation. The overall objective of this work was to reconstitute a functional pulp tissue by developing a pulp equivalent (pulp mesenchymal cells seeded in a 3D collagen matrix) to be grafted within the previously hollowed pulp chamber to maintain tooth vitality. The specific objectives were: In vitro: 1) to study the angiogenic potential of SHED compared with dermal fibroblasts in normoxic and hypoxic conditions. 2) to determine the optimal hypoxic preconditioning period to stimulate the angiogenic potential of SHED, 3) to identify a potential cytokine activating the capillary formation, 4) to analyze the effect of hypoxia on the expression of markers surfaces SHED, and 5) to check that hypoxia did not alter the mineralization potential of these cells. In vivo: 1) to evaluate, in a pre-clinical model of pulp equivalent implantation in ectopic site in mice, the effect of either hypoxic or FGF preconditioning on the angiogenic potential of SHED. These experiments were first conducted with mouse pulp cells and further confirmed with SHED implanted in immunodeficient mice, and 2) to develop dynamic imaging techniques to monitor neoangiogenesis within pulp equivalent. Finally, in an objective of transfer to the human dental clinic, we studied the effect of a new biomaterial based on tricalcium on tissue repair in a pulp injury model in rats, compared to gold standard materials

Le silicium est présent en quantités faibles mais non négligeables dans les fluides biologiques et il a été démontré qu'il était bénéfique pour la formation des os. Parallèlement, de nombreux matériaux à base de silice sont utilisés dans la réparation osseuse. En revanche, bien que les matériaux à base de silice soient utilisés en dentisterie comme matériaux de coiffage pulpaire pour la réparation de la dentine, très peu d'études ont démontré jusqu'à présent que le silicium peut avoir un impact sur la formation de la dentine. Dans ce contexte, le présent projet vise à préparer des matériaux qui permettent d'étudier le rôle du silicium sur la formation de la dentine. Ces matériaux combinent le collagène, la principale protéine de la dentine, et les cellules souches de la pulpe dentaire humaine. Dans un premier temps, des hydrogels de collagène denses ont été préparés par compression plastique et entièrement caractérisés en termes de structure et de propriétés mécaniques. Ils ont ensuite été utilisés comme hôtes pour les cellules souches de la pulpe dentaire afin d'étudier le comportement des cellules dans la matrice. Les résultats ont montré que cette méthode était sensible à de petites variations du protocole de préparation et des conditions de culture cellulaire. Une minéralisation effective a été obtenue avec une densité cellulaire de 2 M.mL-1 dans les gels. Dans un deuxième temps, nous avons analysé les effets du silicium soluble (acide silicique) sur les cellules souches de la pulpe dentaire dans la matrice collagénique. Nos résultats ont révélé que l'acide silicique à des doses supraphysiologiques (100 µM), bien que subtoxiques (< 1mM), réduit la formation minérale. Enfin, des hydrogels nanocomposites associant collagène et nanoparticules (silice et bioverres) relarguant du silicium ont été préparés. Comme dans l'étape 2, l'impact de ces nanoparticules sur les cellules souches de la pulpe dentaire a été évalué. Nos résultats ont montré un dépôt minéral comparable dans tous les gels. Alors que la distribution des cellules et le dépôt minéral dans la matrice contenant des nanoparticules de silice n'étaient pas uniformes, les gels contenant des bioverres présentaient une distribution cellulaire et une minéralisation homogènes. L'un des mécanismes proposés est que le silicium interagit avec la matrice de collagène, plutôt qu'avec les cellules, ce qui peut entraver la fonction minéralisatrice des cellules. Ces résultats offrent un aperçu précieux de la place biologique du silicium dans les applications dentaires et peuvent contribuer à l'amélioration de ces matériaux dans le cadre de l'ingénierie des tissus minéralisés
Silicon is present in low but non-negligible amounts in biological fluids and has been shown to be beneficial for bone formation. In parallel, many silica-based materials are used in bone repair. In sharp contrast, although silica-based materials are used in dentistry as pulp capping materials for dentin repair, very few studies to date have demonstrated that silicon can have an impact on dentin formation. In this context, the present project aims at preparing materials that allow for studying the role of silicon on dentin tissue formation. These materials combined collagen, the main protein in dentin, and human dental pulp stem cells.In a first step, dense collagen hydrogels were prepared using plastic compression method, and fully characterized in terms of structure and mechanical properties. Then they were used as hosts for dental pulp stem cells to study the behaviour of the cells within the matrix. Results showed that this method was sensitive to small differences in protocol preparation and cell culture conditions. Successful mineralization was achieved with a cell density of 2 M.mL-1 within the gels.In a second step, we analyzed the effects of soluble silicon (silicic acid) on dental pulp stem cells in the collagenous matrix. Our results revealed that silicic acid at supraphysiological doses (100 µM), although subtoxic (< 1mM), reduce mineral formation.Finally, nanocomposites hydrogels combining collagen and silicon-releasing nanoparticles (silica and bioglasses) were prepared. As in the 2nd step, the impact these silica-based nanoparticles on the dental pulp stem cells was assessed. Our findings showed that the extent of mineral deposition was comparable in all gels. While cell distribution and mineral deposition in the matrix with silica nanoparticles were not uniform, gels containing bioglasses showed homogeneous cell distribution and mineralization. A proposed mechanism is that silicon interacts with collagenous matrix, rather than cells themselves, and this may be detrimental to the cell mineralization function. These results offer valuable insight into the biological importance of silicon in dental applications and may contribute to the improvement of these materials as part of mineralized tissue engineering strategies

Malgré le développement de biomatériaux de plus en plus nombreux dans le domaine des greffes osseuses et de la préservation alvéolaire, les résultats sont toujours insuffisants pour assurer des reconstructions ad integrum du tissu osseux. Les techniques d’ingénieries osseuses semblent être la piste à privilégier pour améliorer nos techniques chirurgicales. Le silicium poreux est un matériau prometteur pour l’ingénierie tissulaire et notamment pour la régénération osseuse. En effet, son état de surface permet une adhésion cellulaire importante et ses propriétés non toxique et résorbable en fond un matériau porteur de cellules souches intéressant. Les cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) sont des cellules facilement accessibles dans la cavité buccale. Leurs capacités de prolifération et de différenciation associées au silicium poreux semblent être un atout pour les applications thérapeutique pour la régénération osseuse. Des résultats d’études ultérieures in vitro ont montré leur fort intérêt à une application in vivo. Dans ce travail thèse, nous avons tester l’association silicium poreux et cellules souches de la pulpe dentaire, aux même caractéristiques énoncées dans l’étude de référence in vitro, chez l’animal. Pour cela, le matériau a été produit sous forme de particules de manière a être utilisé comme moyen de comblement osseux, associé ou non à des DPSC. Le modèle de queue de rat a été développé et tester pour diminuer le nombre d’animaux nécessaire à l’étude tout en conservant la puissance statistique des résultats. Les études ont montré la possibilité d’utiliser ce modèle pour la régénération de défauts osseux crées chirurgicalement. De plus, il semblerait que ce modèle puisse également être utile pour les études sur l’ostéointégration de système implantables et sur la régénération osseuse autour de ces implants. Le silicium poreux a ensuite été testé dans ces conditions, associé ou non aux DPSC, en comparaison avec un témoin positif et un témoin négatif. Cette association est apparue comme une piste prometteuse pour la régénération osseuse in vivo
Despite the development of biomaterials in the field of bone grafts and alveolar preservation, the results are no sufficient to made reconstructions ad integrum of bone tissue. Bone engineering techniques seem to be the preferred way to improve our surgical techniques. Porous silicon is a promising material for tissue engineering and especially for bone regeneration. Indeed, its surface allows cell adhesion. And then, it’s a non-toxic and bioresorbable interesting material properties carrying stem cells. Dental pulp stem cells (DPSC) are easily accessible cells in the oral cavity. Their proliferation and differentiation capacities associated with porous silicon appear to be attractive for therapeutic applications in bone regeneration. The results of the in vitro studies have shown the interest for in vivo application. In this thesis, we have tested the combination of porous silicon and dental pulp stem cells in vivo experimentation, using the same characteristics of the in vitro reference study. For this, the material was produced in particle form to be used as bone filling material, associated or not with DPSC. The rat-tail model was developed and tested to reduce the number of animals needed for the study while maintaining the statistical power of the results. Studies have shown the possibility of using this model for bone regeneration defects surgically created. In addition, it seems that this model can also be useful for studies on osseointegration of implantable systems and bone regeneration around these implants. Then, the porous silicon was tested under these conditions, with or without DPSC, in comparison with a positive control and a negative control. This association has emerged as a promising approach for bone regeneration in vivo

L’activation du système complément, qui se produit à la suite d’une infection ou d’un trauma, génère de puissants signaux moléculaires capables d’initier la réaction inflammatoire. Parmi ces signaux, le fragment actif C5a permet de recruter sur le site lésé les cellules qui expriment son récepteur (le C5aR/CD88). Bien que le C5aR/CD88 soit initialement connu pour être exprimé par les cellules inflammatoires, il est établi que de nombreuses cellules non immunitaires expriment ce récepteur indiquant son implication dans d’autres processus. Nos résultats ont permis de démontrer que l’activation du système du complément au niveau de la pulpe dentaire est réalisée non seulement à partir des protéines plasmatiques mais aussi des protéines synthétisées par les fibroblastes pulpaires. Ainsi, l’activation locale du système du complément, produit à la suite d’une infection, d’un trauma ou de l’application de biomatériaux, génère du C5a qui induit la migration des cellules progénitrices. Ce travail démontre pour la toute première fois l’implication du fragment actif C5a dans le recrutement de progénitrices pulpaires, étape clef au processus de régénération pulpo-Dentinaire. Ces travaux pourraient donc constituer une piste sérieuse dans l’établissement de nouvelles thérapies permettant de cibler les cellules progénitrices au cours du processus de régénération
After tissue injury or infection, Complement activation provides powerful signals initiating the inflammatory reaction. These events are mediated by biologically active fragments such as C5a which attracts cells expressing its receptor (C5aR/CD88) to the injury site. Besides inflammatory cells as the main C5aR-Expressing cells, various tissue cells have been reported to express this receptor suggesting its involvement in other processes. In order to investigate the possible relationship between complement activation and pulp regeneration, we investigated Complement activation in the dental pulp and progenitor cell migration from their perivascular niches to the pulp injury site to initiate the regeneration process.Our results indicate that complement activation in the dental pulp is the result of both plasma and fibroblast secreted complement proteins. Thus upon local complement activation, which can occur after pathological injury or biomaterials application, C5a induces pulp progenitors’ migration which is critical in initiating the regenerative processes. To our knowledge, this is the first work to demonstrate the involvement of C5a biologically active fragment in the recruitment human pulp progenitor cells. This may provide a useful future therapeutic tool in targeting the progenitor cells in a dentin/pulp regeneration process

Le coiffage pulpaire direct, dans des situations pathologiques critiques où la vitalité de la dent est menacée, vise à stimuler le potentiel de cicatrisation de la pulpe et induire une régénération dentinaire. Afin d'optimiser cette thérapeutique, le Laboratoire IMEB-ERT 30 a développé en partenariat avec la société SEPTODONT un nouveau matériau, le Biodentine™. Ce ciment, composé essentiellement de silicate tricalcique, possède des qualités physiques permettant son utilisation comme substitut dentinaire. Le premier objectif de notre travail a été d'évaluer les propriétés biologiques du Biodentine™ et ses interactions avec les cellules cibles en culture. La bioactivité du nouveau ciment a ensuite été étudiée à l'aide du modèle de culture de dents entières humaines ex vivo. Ce modèle expérimental original a été mis au point dans notre laboratoire et permet d'étudier les phases précoces de la régénération dentinaire lors du coiffage direct. Grâce à ce modèle, nous avons démontré l'activation, la prolifération et la migration de cellules progénitrices pulpaires périvasculaires en réponse à une lésion cavitaire profonde. Le coiffage direct avec les ciments de silicates tricalciques a induit la formation de foyers minéralisés à proximité de la lésion. La caractérisation moléculaire de ces foyers a montré qu'il s'agit d'une forme de dentine réparatrice synthétisée par des cellules odontoblast-like. Le deuxième objectif de notre travail a été d'étudier l'effet du nouveau biomatériau sur la sécrétion de certains facteurs de croissances, impliqués dans les phases précoces de la cicatrisation pulpaire, et de le comparer à celui d'autres matériaux de coiffage
The objective of direct pulp capping is to stimulate the pulp healing potential and to induce dentin regeneration. This is of prime importance in critical pathologic situations compromising the tooth vitality. To improve the outcome of this treatment, the IMEB-ERT30 Laboratory, in collaboration with the SEPTODONT Company, has developed a new restorative material called Biodentine™. This cement, essentially composed of tricalcium silicates, has the required physical properties to be used as a dentin substitute. The first aim of this work was to evaluate the biological properties of Biodentine™ and its interactions with the target cells in cell culture. Then, the bioactivity of the new cement was studied using an entire human tooth culture model ex vivo. This original experimental model, developed in our Laboratory, is suitable in studying the early steps of dentin regeneration after direct pulp capping. With this model, we demonstrated the activation, proliferation, and migration of perivascular pulpal progenitor cells in response to pulp injury. The direct pulp capping with tricalcium silicate cements induced mineral foci formation in the vicinity of the pulp lesion. Molecular characterization of these foci confirmed it was of a reparative dentin type produced by odontoblast-like cells. The second objective of our work was to study the effect of the new cement on the secretion of some growth factors involved in the early steps of pulp wound healing, and compare it to that of other pulp capping materials. The results demonstrated an up-regulation of b-FGF, VEGF and PDGF-AB secretion in response to the target cells injuries, suggesting a stimulation of angiogenesis

Le sécrétome des cellules souches mésenchymateuses ou milieu conditionné (MSC-CM), est une combinaison de biomolécules et de facteurs de croissance sécrétés par les cellules souches mésenchymateuses (MSCs) dans un milieu de croissance cellulaire. Les MSC-CM apparaissent comme une alternative efficace à la thérapie cellulaire pour les applications de régénération tissulaire. Cependant, plusieurs questions telles que les protocoles de fabrication doivent être abordées avant l'application clinique de ces produits prometteurs. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les cellules souches de la pulpe dentaire humaine (DPSCs). Après avoir évalué l'impact de plusieurs paramètres de fabrication sur les sécrétomes des DPSCs, nous avons étudié les potentiels des DPSC-CM pour la croissance neuronale, la régénération osseuse, l'angiogenèse et la thérapie contre le cancer. Ensemble, nos travaux ont permis d'identifier des conditions de culture standardisées fournissant des DPSC-CM riches en facteurs, et ont indiqué des pistes prometteuses pour l'application des DPSC-CM, afin de favoriser la régénération neuronale et la réparation des tissus osseux. Cette thèse contribue aux contrôles qualitatifs et quantitatifs des produits dérivés des DPSC-CM nécessaires à leur production selon les bonnes pratiques de fabrication, et à leur développement clinique en médecine régénérative
Mesenchymal stem cell secretome or conditioned medium (MSC-CM), is a combination of biomolecules and growth factors secreted by mesenchymal stem cells (MSCs) in the cell growth medium. MSC-CM emerge as an effective alternative to cell therapy for tissue regeneration applications. However, several issues such as manufacturing protocols must be addressed before the clinical application of these promising products. In this thesis, we focused on human dental pulp stem cells (DPSCs). After evaluating the impact of several manufacturing parameters on DPSC secretomes, we investigated DPSC-CM potentials for neuronal growth, bone regeneration, angiogenesis, and cancer therapy. Importantly, our work allowed the identification of standardized culture conditions providing factor-rich DPSC-CM and pointed towards promising avenues for the application of DPSC-CM to aide neuronal regeneration, and bone tissue repair. This thesis contributes to the qualitative and quantitative controls of DPSC-CM derived products necessary for their GMP-grade production, and their clinical translation in regenerative medicine

Les lésions endo-parodontales (LEP) sont des situations cliniques complexes où coexistent, au niveau d'une même dent, une pathologie parodontale et une pathologie pulpaire. Leur traitement implique en général une approche combinée endodontique et parodontal et leur pronostic est souvent incertain. Les médications intracanalaires (MIC) à base d'hydroxyde de calcium (Ca[OH]2), pour compléter la désinfection canalaire, auraient un effet positif sur la cicatrisation parodontale dans les LEP mais les mécanismes qui expliquent cet effet sont encore mal compris.La première partie de cette étude expérimentale est consacrée à l'optimisation d'une MIC à base de Ca(OH)2 par addition de différents agents antimicrobiens (cuivre, zinc, argent et chlorhexidine [CHX]) et à la caractérisation détaillée des formulations obtenues. Parmi les molécules testés, seule la chlorhexidine (CHX) (0,5%, 1% et 2%) a significativement amélioré, in vitro, l'activité antimicrobienne de la pâte de Ca(OH)2 sur les microorganismes cibles, sans en altérer les propriétés mécaniques et physico chimiques.La deuxième partie du travail rapporte l'étude ex vivo du potentiel de diffusion de composés actifs contenus dans la MIC à travers la racine dentaire et l'étude in vitro de l'effet d'extraits de MIC sur la viabilité et la réponse de trois populations de cellules parodontales (fibroblastes du ligament alvéolo-dentaire, cémentoblastes et ostéoblastes). Une diffusion d'ions (Ca2+, OH-) et de CHX, plus importante via l'apex, a pu être mise en évidence, avec des profils de libération variables au cours du temps et selon la dose de CHX de départ. In vitro, les extraits de Ca(OH)2 dilués (avec ou sans CHX) semblent bien tolérées par les cellules parodontales et réduire la production de médiateurs inflammatoires sans effet significatif cependant sur le potentiel de minéralisation des cellules
Endo-periodontal lesions (EPL) are difficult clinical situations where periodontal and pulpal pathologies occur in the same tooth. Their treatment usually involves a combined endodontic and periodontal approach, and their prognosis is often uncertain. Intracanal calcium hydroxide (Ca[OH]2) medications (ICM), to complete root canal disinfection, have been reported to have a positive effect on periodontal healing in EPL, but the specific mechanisms involved in the process are still unclear.The first part of this experimental study is devoted to the optimization of a Ca(OH)2-based MIC by addition of different antimicrobial agents (copper, zinc, silver and chlorhexidine [CHX]) and to the precise characterization of the resulting formulations. Among the tested molecules, only chlorhexidine (CHX) (0.5%, 1% and 2%) significantly improved, in vitro, the antimicrobial activity of the Ca(OH)2 paste on the target microorganisms, without altering its mechanical and physicochemical properties.The second part of the work reports the ex vivo study of the diffusion potential of active compounds contained in the ICM through the dental root and the in vitro study of the effect of ICM extracts on the viability and response of three populations of periodontal cells (fibroblasts of the periodontal ligament, cementoblasts and osteoblasts). A stronger diffusion of ions (Ca2+, OH-) and CHX via the apex could be demonstrated, with variable release profiles over time and according to the initial CHX dose. In vitro, diluted Ca(OH)2 extracts (with or without CHX) seem to be well tolerated by periodontal cells and to reduce the production of inflammatory mediators without significant effect on the mineralization potential of the cells