Découverte d’une nouvelle stratégie de réparation osseuse

Les cellules du périoste (en vert) s’intègrent dans le cal et expriment la protéine périostine (en rouge) après transplantation au site de fracture. Colocalisation (jaune), noyaux cellulaires (DAPI : bleu).

Après une fracture, l’enveloppe de nos os joue un rôle clé dans leur régénération.

Le laboratoire « Origines et fonctions des cellules souches squelettiques dans la régénération osseuse » dirigé par Céline Colnot à l’Institut Imagine a récemment mis en évidence la présence de cellules souches au sein du périoste, le tissu tapissant la surface externe des os.

Les cellules du périoste ont une grande capacité d’intégration in vivo après transplantation pour former du cartilage et de l’os. Le fort potentiel régénératif de ces cellules en font une nouvelle stratégie thérapeutique intéressante dans le traitement de défauts de la réparation osseuse. Ces travaux ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Nature Communications.

Chaque année, 1 personne sur 50 subit une fracture le plus souvent due à un traumatisme mais pouvant aussi être associée à de l’ostéoporose ou à des maladies génétiques de l’os. Bien que le processus de régénération endogène soit efficace, 10% de ces fractures ne se réparent pas correctement. Des approches de thérapie cellulaire consistant à manipuler des cellules souches mésenchymateuses*, isolées à partir de la moelle osseuse, sont développées pour corriger ces défauts de réparation osseuse. 

Toutefois, la capacité de régénération de ces cellules souches mésenchymateuses reste à améliorer en particulier leur potentiel ostéogénique, leur survie et leur intégration à long terme. Le laboratoire « Origines et fonctions des cellules souches squelettiques dans la régénération osseuse »  a précédemment montré que la membrane externe des os appelée périoste est une source importante de cellules au cours de la régénération osseuse. Cette nouvelle publication met en évidence la présence de cellules souches au sein du périoste activées en réponse à une fracture et capables de s’auto-renouveler pour maintenir une quantité suffisante de cellules souches au sein du périoste. De plus, en réponse à une fracture, il y a une surexpression de protéines de la matrice extracellulaires dont Périostine qui permet de réguler les cellules souches du périoste pour permettre une régénération osseuse adéquate. 
 

Cellules du périoste vs cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse, qui répare le mieux les os ?

L’équipe de Céline Colnot a cherché à déterminer le potentiel de régénération des cellules du périoste en comparaison avec les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse, qui sont bien caractérisées dans la littérature scientifique. « Nous avons aussi voulu définir le rôle de la protéine périostine au cours de la régénération. Nos résultats auront pour objectif d’améliorer les stratégies de thérapie cellulaire en orthopédie grâce à la stimulation des cellules souches du périoste et/ou de leur environnement » a précisé Oriane de Lageneste, post-doctorante au sein du laboratoire de Céline Colnot et première auteure de la publication. 

L’équipe a révélé une origine embryonnaire commune entre les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse et les cellules du périoste au cours du développement. Cependant chez l’adulte, ces cellules acquièrent des rôles différents au cours de la régénération osseuse. Au niveau moléculaire, les chercheurs ont mis en évidence une meilleure activation des cellules du périoste en réponse à une blessure de l’os comparées aux cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Au niveau cellulaire, les résultats ont montré qu’après transplantation au sein du site de fracture, les cellules du périoste ont un meilleur potentiel de différenciation pour former le cartilage et l’os, essentiels pour la consolidation après une fracture.  Cette capacité des cellules souches du périoste à participer au processus de réparation, s’intégrer à long terme et s’auto-renouveler dans leur niche au sein du périoste est régulée par la protéine périostine. 

Dans le cadre de thérapies cellulaires ou pharmacologiques ciblant le périoste, ces résultats pourront à moyen terme bénéficier à des patients atteints de fractures qui ne se réparent pas, ou qui ont subi une résection osseuse entrainant de grands défauts osseux. Enfin, ces travaux pourront servir à étudier de possibles déficiences de périoste dans des pathologies osseuses chez l’Homme. « En effet, les bases cellulaires et moléculaires des déficiences de réparation osseuse restent mal connues. Une meilleure connaissance des cellules du périoste permettra d’explorer leurs rôles dans les pathologies osseuses et définir de nouvelles stratégies pour exploiter leur potentiel de régénération et corriger ces déficiences » conclut Céline Colnot.

L’article Periosteum contains skeletal stem cells with high bone regenerative potential controlled by Periostin est paru dans Nature Communications le 22 février 2018.

*Cellules souches mésenchymateuses : elles ont notamment la propriété de pouvoir se transformer en cellules d’os et de cartilage. Au cours du développement, elles sont présentes dans le tissu conjonctif de l’embryon appelé mésenchyme. Celui-ci se différencie ensuite en cartilage et os. Ainsi chez l’adulte, on trouve les cellules souches mésenchymateuses dans le squelette mais aussi dans d’autres tissus tels que le tissu adipeux.