Utilisation des cellules stromales mésenchymateuses (CSM) néonatales
dans la prise en charge de l’Arthrose canine

 
 

PREAMBULE

Une cellule souche est une cellule indifférenciée: 

  1. possédant un potentiel de différenciation en au moins un type cellulaire.
  2. capable d'auto-renouvellement, c'est à dire de proliférer indéfiniment tout en maintenant un état indifférencié.

Cet auto-renouvellement se fait par division cellulaire:

  1. division symétrique holoblastique: 2 cellules filles identiques à la cellule mère  
  2. division symétrique hétéroplastique: 2 cellules filles identiques entre elles mais un peu plus différenciées que la cellule mère.
  3. division asymétrique donne naissance à une cellule fille identique à la cellule mère et à une cellule différenciée.

 

Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM)


Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) sont des cellules souches adultes multipotentes, précurseurs de l’ensemble des cellules différenciées de la lignée mésodermique (cartilage, os, tissu adipeux, tendon).
Les CSM ont été à l’origine découvertes dans la moelle osseuse, puis progressivement dans l’ensemble des tissus, généralement associées à un réseau vasculaire.
Elles forment le réservoir naturel de cicatrisation endogène de l’organisme pour assurer l’homéostasie des tissus.                                           

Outre leur potentiel de différenciation in vitro qui est un des critères d’identité (figure ci-dessous) mais qui s’avère avoir un impact mineur in vivo, les CSM sont capables d’interagir avec l’ensemble du microenvironnement où elles sont injectées.
Les CSM sécrètent des facteurs de croissance et des facteurs anti-inflammatoires qui entrainent, avec la participation de communications intercellulaires, une immunosuppression locale et favorisent la fonction des cellules régulatrices de l’immunité.
L’ensemble de ces propriétés font des CSM un outil thérapeutique prometteur pour le traitement de maladies multifactorielles telles que l’arthrose qui associe une dégénérescence du cartilage associée à une inflammation de la membrane synoviale.
Plus de 60 études cliniques évaluant l’intérêt des CSM pour le traitement de l’arthrose sont actuellement recensées (www.clinicaltrials.gov).
En médecine vétérinaire, les premières administrations de CSM sont réalisées au début des années 2000 chez des chevaux atteints d’arthrose.

Caractérisation in vitro des Cellules stromales mésenchymateuses (CSM) néonatales canines.


(a) Cellules néonatales en culture
(b) Différenciation dans le lignage ostéoblatique avec un dépôt d’une matrice extracellulaire minéralisée.
(c) Différenciation dans le lignage adipocytaire avec la production de gouttelettes lipidiques.
(d) Différenciation dans le lignage chondrocytaire avec l’accumulation de glycosaminoglycanes.    

        
(Saulnier et al. Vet Immunol Immunopathol 2016) - Vetbiobank

 

 


Origine des CSM

On distingue deux approches en thérapie cellulaire :
soit l’utilisation de cellules autologues (les cellules sont isolées directement à partir du patient traité) ;
soit une approche allogénique (les cellules sont prélevées chez un donneur sain, qualifié).

-        L’approche autologue a été la première à être utilisée car l’hypothèse était que les CSM, une fois injectées se différenciaient et reformaient un néo-tissu qui remplace à vie le tissu lésé ; un peu comme dans une greffe avec, de fait, la nécessité d’assurer une compatibilité tissulaire donneur/receveur. Cette approche autologue est contraignante car elle impose un prélèvement/biopsie de tissu sur le patient et un délai de plusieurs semaines nécessaire pour amplifier les CSM, ce qui repousse d’autant le traitement.
Mais surtout cette approche est insatisfaisante car l’activité biologique des CSM prélevées est significativement diminuée et altérée par l’âge et l’inflammation chronique présente chez le patient arthrosique.
Mais surtout elle n’est pas nécessaire car, au fil des études scientifiques, de plus de plus en plus de résultats publiés ont prouvé que les CSM, même autologues, ne colonisent pas durablement les tissus où elles sont injectées et sont éliminées, infirmant ainsi l’hypothèse de départ.

-        Le recours à une administration de cellules allogéniques, beaucoup plus simple, a donc peu à peu supplanté l’approche autologue (Ankrum et coll., 2014).

 

Evolution du nombre d’essais cliniques réalisés avec des cellules autologues et allogéniques depuis l’an 2000.
(D’après Ankrum et coll., Nature Biotechnology, 2014).


Elle procure de nombreux avantages :

o   Mise à disposition immédiate de cellules cryoconservées, qualifiées sur le plan sanitaire et fonctionnel

o   Production de CSM à partir de tissus néonataux (prélevés à la naissance) non soumis aux différents stress rencontrés au cours de la vie d’un individu (âge, inflammation, infections, obésité…)

o   Standardisation des produits cellulaires, par un âge cellulaire identique d’un lot à un autre, augmentant les chances de résultats cliniques reproductibles entre différents individus traités, par rapport aux cellules autologues.

 

Mode d’action

Une fois injectées dans l’articulation, les CSM exercent leurs propriétés biologiques, essentiellement par voie paracrine, c’est-à-dire en sécrétant différents facteurs solubles qui vont interagir avec le microenvironnement articulaire (Saulnier et coll., Osteoarthritis and Cartilage, 2015).
L’action thérapeutique des CSM s’inscrit dans une approche multimodale, agissant sur les différentes composantes de cette maladie.

-        Effet anti-inflammatoire lié à la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires (IL1Ra, IL10, TGF-β) qui ciblent préférentiellement la membrane synoviale

-        Effet anti-catabolique en diminuant la concentration des métalloprotéinases (MMP-1, -3, -13) qui dégradent le cartilage.

-        Effet immunomodulateur via l’expression de PGE2, TGF-β1, TSG-6, IDO qui rétablissent l’équilibre cytokinique local et réduisent la production de cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL1-β)

-        Effet trophique via la production de facteurs de croissance : Insuline Growth Factor 1 (IGF-1) impliqué dans la chondrogenèse ; Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) qui stimule l’angiogenèse ; Keratinocyte Growth Factor (KGF) qui limite la fibrose

                                     Figure : Mécanisme d’action multimodal des CSM au niveau articulaire permettant une prise en charge globale de l’arthrose

                                   Figure : Mécanisme d’action multimodal des CSM au niveau articulaire permettant une prise en charge globale de l’arthrose


Utilisation pour le traitement de l’inflammation articulaire chez le chien

Plusieurs études évaluant l’intérêt d’une injection intra-articulaire (IA) de CSM pour le traitement de l’arthrose chez le chien sont disponibles (cf. tableau ci-dessous).
Les modèles sont variés, aussi bien en termes d’approche thérapeutique (autologue vs allogénique), site d’injection (coude, hanche, genou), qu’en termes d’évaluation (méthode quantitative, score clinique, évaluation propriétaire).
Néanmoins, un consensus général se dégage montrant une très bonne innocuité et une efficacité de l’approche par thérapie cellulaire justifiant leur utilisation en clinique.

 
 

Une toute récente étude réalisée avec le produit CANIPREN®-Joint (Vetbiobank) a évalué l’intérêt d’une injection de CSM néonatales allogéniques dans la prise en charge post Ostéotomie de Nivellement du Plateau Tibial (TPLO), chez le chien pour lequel les anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) ne sont pas recommandés (Taroni et coll. Front. Vet Sci, 2017)

Cette étude a été réalisée en partenariat avec le campus vétérinaire VetAgro Sup (Marcy l’Etoile).
Bien que réalisée sur un petit nombre de chiens de propriétaires (n=14), cette étude est solide sur le plan méthodologique (randomisée, contrôlée, en double aveugle - vétérinaire et propriétaire - et avec un critère objectif d’évaluation de la locomotion (tapis de marche Gaitrite®).

Elle montre qu’une injection unique de CSM allogéniques néonatales (CANIPREN®-Joint), réalisée juste à la fin de la TPLO, permet aux chiens traités de retrouver une locomotion normale et un score clinique « sain » aussi rapidement qu’avec un traitement quotidien d’un mois avec AINS de nouvelle génération (anti Cox2).
Avantage supplémentaire, le temps de cicatrisation osseuse chez les chiens injectés avec les CSM est plus court que sous cet AINS.
Les données d’innocuité confirment la très bonne tolérance vis-à-vis d’une injection IA de CSM néonatales allogéniques.
Cette étude permet d’envisager les CSM comme agent thérapeutique dans le cadre du traitement de l’inflammation articulaire, en particulier pour les animaux souffrant d’intolérance aux AINS.

 

 

Evolution du score clinique durant les 6 mois post-traitement.
Aucune différence significative n’est mise en évidence entre le groupe CSM et le groupe AINS à tous les temps de l’étude.

 

 

 

 

 

 

 

Evaluation de la cicatrisation osseuse durant les 6 mois post-traitement.
Un score radiologique significativement plus élevé est observé pour le groupe CSM à 1 mois post-traitement, suggérant une accélération de la cicatrisation osseuse chez les chiens de ce groupe.

 


Une seconde étude, ouverte, a été également récemment finalisée par VetAgro Sup pour évaluer l’efficacité sur une période de 6 mois d’une seule injection intra articulaire de CANIPREN®-Joint (CSM néonatales) pour le traitement de l’arthrose sévère chez le chien
Les données (en cours de publication) présentent une amélioration de la locomotion chez 91% des chiens, trois et six mois après une seule injection (évaluation propriétaire).

                                                                 Evaluation de la locomotion par les propriétaires .

                                                               Evaluation de la locomotion par les propriétaires.

Ces deux études ont été menées par l’Unité de Recherche Interaction Cellules Environnement (USP 2011-03-101) et dirigées par le Professeur Eric Viguier.
Elle implique l’équipe de chirurgiens orthopédiques animaux de compagnie du centre hospitalier du campus vétérinaire de VetAgro Sup.
Le laboratoire Vetbiobank a fourni les produits cellulaires CANIPREN®-Joint gracieusement mais ne présente pas de conflit d’intérêt avec le laboratoire académique.


Bibliographie

-        Ankrum JA, Ong JF, Karp JM. Mesenchymal stem cells: immune evasive, not immune privileged. Nat Biotechnol. 2014 Mar;32(3):252-60

-        Black LL, Gaynor J, Gahring D, et coll. Effect of adipose-derived mesenchymal stem and regenerative cells on lameness in dogs with chronic osteoarthritis of the coxofemoral joints: a randomized, double-blinded, multicenter, controlled trial. Vet Ther. 2007; 8(4):272-84

-        Black LL, Gaynor J, Adams C, et coll. Effect of intraarticular injection of autologous adipose-derived mesenchymal stem and regenerative cells on clinical signs of chronic osteoarthritis of the elbow joint in dogs. Vet Ther. 2008 ;9(3):192-200

-        Harman R, Carlson K, Gaynor J, et coll.. A Prospective, Randomized, Masked, and Placebo-Controlled Efficacy Study of Intraarticular Allogeneic Adipose Stem Cells for the Treatment of Osteoarthritis in Dogs. Front Vet Sci. 2016 Sep 16;3:81

-        Saulnier N, Viguier E, Perrier-Groult E, et coll. Intra-articular administration of xenogeneic neonatal Mesenchymal Stromal Cells early after meniscal injury down-regulates metalloproteinase gene expression in synovium and prevents cartilage degradation in a rabbit model of osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2015 Jan;23(1):122-33

-        Taroni M, Cabon Q, Febre M, et coll. Evaluation of the effect of a single intraarticular injection of allogeneic neonatal mesenchymal stromal cells compared to oral non-steroidal anti-inflammatory treatment on the postoperative musculoskeletal status and gait of dogs over a 6-month period after tibial plateau leveling osteotomy: a pilot study. Front Vet Sci. 2017 in press

-        Vilar JM, Morales M, Santana A, et coll. Controlled, blinded force platform analysis of the effect of intraarticular injection of autologous adipose-derived mesenchymal stem cells associated to PRGF-Endoret in osteoarthritic dogs. BMC Vet Res. 2013 Jul 2;9:131. doi: 10.1186/1746-6148-9-131