Technique d’obtention de cellules souches mésenchymateuses à partir de tissu adipeux et caractérisation de la fraction vasculaire stromale dans la cryoconservation à long terme

Summary

Le présent protocole décrit une méthodologie améliorée pour l’isolement ADSC résultant en un rendement cellulaire énorme avec gain de temps par rapport à la littérature. Cette étude fournit également une méthode simple pour obtenir un nombre relativement important de cellules viables après cryoconservation à long terme.

Abstract

Les cellules souches mésenchymateuses humaines dérivées du tissu adipeux sont devenues de plus en plus attrayantes car elles présentent des caractéristiques appropriées et constituent une source accessible pour des applications cliniques régénératives. Différents protocoles ont été utilisés pour obtenir des cellules souches dérivées du tissu adipeux. Cet article décrit les différentes étapes d’un protocole amélioré permettant de gagner du temps pour obtenir une quantité plus importante d’ADSC, en montrant comment cryopréserver et décongeler l’ADSC pour obtenir des cellules viables pour l’expansion de la culture. Cent millilitres de lipoaspiration ont été prélevés, à l’aide d’une liposuccion à seringue de calibre trois trous de 26 cm et de calibre 3 mm, dans la région abdominale de neuf patients qui ont ensuite subi une abdominoplastie élective. L’isolement des cellules souches a été réalisé avec une série de lavages avec la solution de solution de solution saline tamponnée au phosphate (DPBS) de Dulbecco supplémentée en calcium et en utilisant de la collagénase. Les cellules de la fraction vasculaire stromale (SVF) ont été cryopréservées et leur viabilité a été vérifiée par immunophénotypage. Le rendement cellulaire SVF était de 15,7 x 10⁵ cellules/mL, variant entre 6,1 et 26,2 cellules/mL. Les cellules SVF adhérentes ont atteint la confluence après une moyenne de 7,5 (±4,5) jours, avec un rendement cellulaire moyen de 12,3 (± 5,7) x 10⁵ cellules / mL. La viabilité de la SVF décongelée après 8 mois, 1 an et 2 ans variait entre 23,06 % et 72,34 %, avec une moyenne de 47,7 % (±24,64), la viabilité la plus faible étant corrélée aux cas de gel de deux ans. L’utilisation de la solution DPBS complétée par du calcium et des temps de repos en sac pour la précipitation des graisses avec un temps de digestion de collagénase plus court a entraîné une augmentation du rendement cellulaire final des cellules souches. La procédure détaillée pour obtenir des rendements élevés de cellules souches viables était plus efficace en termes de temps et de rendement cellulaire que les techniques des études précédentes. Même après une longue période de cryoconservation, des cellules ADSC viables ont été trouvées dans le SVF.

Introduction

Les cellules souches mésenchymateuses humaines sont avantageuses en recherche fondamentale et appliquée. L’utilisation de ce type de cellules adultes dépasse les questions éthiques – par rapport à l’utilisation de cellules embryonnaires ou autres – étant l’un des domaines d’étude les plus prometteurs en ingénierie de la régénération tissulaire autologue et en thérapie cellulaire¹, tels que le domaine néoplasique, le traitement des maladies dégénératives et les applications thérapeutiques dans le domaine de la chirurgie reconstructive 2,3,4^{, 5}. Il a été précédemment rapporté qu’il existe une source abondante de cellules souches mésenchymateuses multipotentes et pluripotentes dans la fraction cellulaire vasculaire stromale du tissu adipeux ^6,7. Ces ADSC sont considérés comme d’excellents candidats pour une utilisation en thérapie cellulaire et en transplantation/perfusion car un nombre considérable de cellules ayant une forte capacité d’expansion ex vivo peuvent être facilement obtenues avec un rendement élevé à partir d’une procédure invasive minimale ^5,8.

Il a également été démontré que le tissu adipeux présente une plus grande capacité à fournir des cellules souches mésenchymateuses que deux autres sources (moelle osseuse et tissu du cordon ombilical)⁹. En plus d’être peu immunogène et d’avoir une grande capacité à s’intégrer dans le tissu hôte et à interagir avec les tissus environnants^4,10, l’ADSC a une capacité multipotente de différenciation en lignées cellulaires, avec des rapports de différenciation chondromogène, ostéogénique et myogénique dans des conditions de culture appropriées^11,12,13, et dans les cellules, telles que le pancréas, les hépatocytes^, et cellules neurogènes^14,15,16.

La communauté scientifique s’accorde à dire que l’effet immunomodulateur des cellules souches mésenchymateuses est un mécanisme d’action plus pertinent pour la thérapie cellulaire^17,18,19 que leur propriété de différenciation. L’un des avantages les plus importants de l’utilisation de l’ADSC est la possibilité de perfusion ou de greffe autologue, devenant un traitement alternatif pour plusieurs maladies. Pour la médecine régénérative, les ADSC ont déjà été utilisés dans les cas de lésions hépatiques, de reconstruction du muscle cardiaque, de régénération du tissu nerveux, d’amélioration de la fonction musculaire squelettique, de régénération osseuse, de traitement du cancer et de traitement du diabète^20,21.

À ce jour, il existe 263 essais cliniques enregistrés pour l’évaluation du potentiel de l’ADSC, répertoriés sur le site Web des National Institutes of Health des États-Unis²². Différents protocoles de prélèvement de tissu adipeux ont été établis, mais il n’y a pas de consensus dans la littérature sur une méthode normalisée pour isoler l’ADSC à des fins cliniques^23,24. Les méthodes de traitement des lipoaspires pendant et après la chirurgie peuvent affecter directement la viabilité cellulaire, le rendement cellulaire final²⁵ et la qualité de la population ADSC²⁰. En ce qui concerne le prétraitement chirurgical, il n’est pas bien établi quelle technique chirurgicale de prétraitement produit un nombre plus significatif de cellules viables après isolement ou si la solution anesthésique injectée dans le tissu adipeux affecte le rendement cellulaire et ses fonctions²⁶. De même, la différence entre les techniques d’obtention de cellules adipeuses peut entraîner une diminution allant jusqu’à 70% du nombre d’ADSC²⁰ viables. Selon la littérature, les traitements mécaniques visant à obtenir des populations cellulaires à haute viabilité – y compris les ultrasons – doivent être évités, car ils peuvent décomposer le tissu adipeux²⁰. Cependant, la méthode d’aspiration manuelle des graisses avec des seringues est moins nocive, causant moins de destruction cellulaire, la liposuccion tumescente produisant un nombre important de cellules de la meilleure qualité²⁶.

Cette technique utilise une solution saline avec de la lidocaïne et de l’épinéphrine qui est injectée dans la zone de liposuccion. Pour chaque volume de 3 mL de solution injecté, 1 mL est aspiré. Dans cette étude, la technique de liposuccion humide a été réalisée, dans laquelle pour chaque 1 mL d’adrénaline et de solution saline injectée, 0,2 mL de tissu adipeux est aspiré. L’utilisation d’enzymes digestives, en particulier de collagénase, est courante pour le processus d’isolement de l’ADSC.

Après la première étape d’isolement en laboratoire, la pastille finale est appelée fraction vasculaire stromale (SVF). Il contient différents types de cellules²⁷, y compris les cellules précurseurs endothéliales, les cellules endothéliales, les macrophages, les cellules musculaires lisses, les lymphocytes, les péricytes, les pré-adipocytes et les ADSC, qui sont capables d’adhérence. Une fois l’isolement final conclu à partir de cultures in vitro , les cellules qui n’adhéraient pas au plastique sont éliminées dans des échanges de milieu. Après huit semaines d’expansion, de changements moyens et de passages, les ADSC représentent la majeure partie de la population cellulaire dans les flacons²⁰. L’un des avantages les plus importants de l’utilisation de cellules souches isolées dérivées du tissu adipeux pour une éventuelle thérapie future est la possibilité de cryoconservation. Il a été démontré que la lipoaspiration cryoconservée est une source potentielle de cellules SVF même après 6 semaines de congélation²⁸, avec une activité biologique même après 2 ans de cryoconservation²⁹, et une capacité totale de croissance et de différenciation en culture³⁰. Cependant, au cours du processus de décongélation, un pourcentage considérable de cellules est généralement perdu³¹. Par conséquent, le processus d’élimination des lipoaspires et les méthodes suivantes d’isolement cellulaire doivent assurer le rendement cellulaire le plus élevé.

Cette étude décrit une méthodologie plus rapide pour collecter et isoler l’ADSC, démontrant un rendement cellulaire élevé et une viabilité pour une meilleure efficacité des thérapies cellulaires. De plus, l’effet de cette technique améliorée après cryoconservation à long terme de la SVF a été évalué.

Protocol

La présente étude est approuvée par le Comité d’éthique de l’UNIFESP (numéro de protocole : 0029/2015 CAAE : 40846215.0.0000.5505), réalisée après avoir obtenu le consentement éclairé écrit des patients conformément à la Déclaration d’Helsinki (2004). L’échantillon de la présente étude est composé de neuf patientes, âgées de 33 à 50 ans (âge moyen de 41,5 ans) et d’un indice de masse corporelle initial (IMC) moyen de 24,54 (allant de 22,32 à 26,77) (tableau 1) qui ont su…

Representative Results

La caractérisation des neuf personnes étudiées, y compris leur âge, leur poids, leur taille et leur IMC, est présentée au tableau 1. Selon le rendement cellulaire initialement présenté, le volume cellulaire inoculé en culture a été calculé pour être le plus proche possible de la capacité du ballon de culture de 75cm2. Le volume d’échantillon ensemencé dans chaque cas est décrit au tableau 2. Ensuite, selon le rendement cellulaire …

Discussion

Rendement d’isolement
Il est bien établi que le procédé de cryoconservation, fréquemment requis en thérapie cellulaire, entraîne une perte cellulaire importante, parfois supérieure à 50%29,30,35. Ainsi, une amélioration technique pour obtenir un rendement cellulaire initial élevé isolément est fondamentale. La méthode de collecte des lipoaspirations et la méthode d’isolement des cellules doi…

Materials

1.8 mL cryovials	Nunc Thermo Fisher Scientific	340711
150 mL polyvinyl chloride transfer bag	JP FARMA	80146150059
2% Alizarin Red S Solution, pH 4.2	Sigma Aldrich	A5533
Adrenaline (1 mg/mL)	Hipolabor	NA
Alcian Blue solution	Sigma Aldrich	1,01,647
Antibiotic-Antimycotic 100x	Gibco	15240062
BD FACSCalibur Flow Cytometer using BD CellQues Pro Analysis	BD BioSciences	NA
Calcium chloride 10%	Merck	102379
Chlorhexidine gluconate 4%	VIC PHARMA	NA
Collagenase, Type I, powder	Gibco	17018029
DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium)	Gibco	11966025
DPBS no calcium, no magnesium (Dulbecco's Phosphate Buffered Saline Gibco Cell Therapy Systems)	Gibco	A1285801
DPBS with calcium (Dulbecco's Phosphate Buffered Saline Gibco Cell Therapy Systems)	Gibco	A1285601
Fetal bovine serum	Gibco	10500056
Formaldehyde 4%	Sigma Aldrich	1,00,496
Inverted light microscope	Nikon Eclipse TS100	NA
Live and Dead Cell Assay	Thermofisher	01-3333-41 | 01-3333-42
Monoclonal antibody: CD105	BD BioSciences	745927
Monoclonal antibody: CD11B	BD BioSciences	746004
Monoclonal antibody: CD19	BD BioSciences	745907
Monoclonal antibody: CD34	BD BioSciences	747822
Monoclonal antibody: CD45	DAKO	M0701
Monoclonal antibody: CD73	BD BioSciences	746000
Monoclonal antibody: CD90	BD BioSciences	553011
Monoclonal antibody: HLA-DR	BD BioSciences	340827
Mr. Frosty Freezing Container	Thermo Fisher Scientific	5100-0001
PBS (phosphate buffered saline) 1x pH 7.4	Gibco	10010023
StemPro Adipogenesis Differentiation Kit	Gibco	A1007001
StemPro Chondrogenesis Differentiation Kit	Gibco	A1007101
StemPro Osteogenesis Differentiation Kit	Gibco	A1007201
Sterile connector with one spike with needle injection site	Origen Biomedical Connector, USA	NA	Code mark: IBS
Trypan blue solution 0.4%	Sigma Aldrich	93595
Trypsin-EDTA 0.25% 1x, phenol red	Gibco	25200056