Prospect of Stem Cell Conditioned Medium in Regenerative Medicine

Abstract

Background. Le milieu conditionné dérivé de cellules souches a une perspective prometteuse d’être produit comme produit pharmaceutique pour la médecine régénérative. Objectif. Étudier diverses méthodes pour obtenir un milieu conditionné dérivé de cellules souches (CM) afin d’avoir un aperçu de leurs perspectives d’application dans diverses maladies. Méthode. Revue systématique utilisant les mots clés “cellule souche” et “milieu conditionné” ou “sécrétome” et “thérapie.”Les données concernant les conditions / maladies traitées, le type de cellule cultivée, le milieu et les suppléments à la culture les cellules, l’état de la culture, le traitement de la CM, les facteurs de croissance et les autres sécrétions qui ont été analysés, la méthode d’application et les résultats ont été notés, regroupés, tabulés et analysés. Résultat. La plupart des études de CM utilisant ont montré de bons résultats. Cependant, les différents CM, même lorsqu’ils étaient dérivés du même type de cellules, ont été produits par des conditions différentes, c’est-à-dire à partir de passages, de milieux de culture et de conditions de culture différents. Les rendements en facteurs de croissance des différents types de cellules étaient disponibles dans certaines études, et le nombre de cellules nécessaire pour produire du CM pour une application a pu être calculé. Conclusion. Divers milieux conditionnés dérivés de cellules souches ont été testés sur diverses maladies et ont pour la plupart donné de bons résultats. Cependant, des méthodes de production standardisées et des validations de leur utilisation doivent être menées.

1. Introduction

Les données sur l’utilisation des cellules souches dans diverses maladies s’accumulent. Certaines études ont rapporté des effets bénéfiques de la thérapie par cellules souches dans les maladies dégénératives telles que l’infarctus du myocarde et ont révélé que les cellules souches provoquent une réparation tissulaire en raison de leur capacité à sécréter des facteurs trophiques qui exercent un impact bénéfique sur le tissu endommagé, plutôt que leur capacité à se différencier en cellules nécessaires. Diverses études sur les facteurs sécrétés dérivés de cellules souches ont montré que le facteur sécrété seul sans la cellule souche elle-même peut provoquer une réparation tissulaire dans diverses conditions impliquant des lésions tissulaires / organiques. Les facteurs sécrétés sont appelés sécrétome, microvésicules ou exosome et peuvent être trouvés dans le milieu où les cellules souches sont cultivées; ainsi, le milieu est appelé milieu conditionné (CM).

L’utilisation du sécrétome contenant du CM présente plusieurs avantages par rapport à l’utilisation de cellules souches, car le CM peut être fabriqué, lyophilisé, emballé et transporté plus facilement. De plus, comme il est dépourvu de cellules, il n’est pas nécessaire de faire correspondre le donneur et le receveur pour éviter les problèmes de rejet. Par conséquent, les milieux conditionnés dérivés de cellules souches ont une perspective prometteuse d’être produits comme produits pharmaceutiques pour la médecine régénérative.

À ce jour, aucun essai clinique utilisant la CM pour une certaine maladie n’a été rapporté, à l’exception de deux études pilotes sur l’utilisation de la CM de cellules souches mésenchymateuses dérivées de l’adipose pour la régénération des follicules pileux et la cicatrisation fractionnée des plaies par resurfaçage au dioxyde de carbone chez l’homme, qui ont montré de bons résultats. L’utilisation de la CM pour la thérapie est très attrayante et pourrait être en plein essor dans un avenir proche, car les études sur l’utilisation de la CM pour diverses maladies s’accumulent. Le milieu conditionné contient divers facteurs de croissance et agents régénérateurs tissulaires sécrétés par les cellules souches. Le fait que les cellules souches sécrètent divers facteurs de croissance a également été démontré par diverses études protéomiques, qui ont révélé la présence de divers facteurs de croissance et d’autres cytokines dans le CM.

Cependant, diverses études ont rapporté l’utilisation de divers types de cellules souches et de diverses méthodes pour obtenir le CM pour guérir divers types de maladies dégénératives dans divers modèles animaux. Par conséquent, cette revue systématique visait à étudier les différentes méthodes pour obtenir le CM et les diverses maladies qui ont été traitées, pour avoir un aperçu des différents types de CM et de leurs avantages d’application dans diverses maladies.

2. Matériaux et méthodes

Nous avons effectué des recherches “tout texte” sans restriction de temps le 23 janvier 2014 dans Pubmed / Medline en utilisant les mots clés “cellule souche” et “milieu conditionné” ou “secretome” et “thérapie”, des recherches “tout texte” dans la bibliothèque Cochrane (essais) en utilisant les mots clés “secretome” ou “milieu conditionné” et des recherches “tout texte” dans ClinicalTrials.gov en utilisant les mots-clés “cellule souche” et “milieu conditionné” ou “sécrétome” et “thérapie.”De plus, des articles pertinents existants dans notre bibliothèque ont été ajoutés.

Les critères d’inclusion sont toutes les études qui ont utilisé la CM pour une certaine maladie. Les critères d’exclusion sont des études qui ne contenaient pas de données complètes concernant l’état du sujet / le modèle de la maladie, la source de la CM et le résultat du traitement par CM.

La collecte des données est la suivante: conditions / maladies traitées, type de cellule cultivée, composition détaillée du milieu et suppléments utilisés pour cultiver les cellules, condition de culture (hypoxie ou normoxie) pour obtenir le CM, le traitement du CM, les facteurs de croissance et les autres sécrétions qui ont été analysés; la méthode (mode) d’application et les résultats de l’application du CM ont été notés, regroupés et tabulés.

La synthèse des données est la suivante: les données ont été regroupées selon la maladie traitée et les types de cellules qui ont été utilisés pour produire la CM. En outre, pour connaître les rendements en facteurs de croissance des différents types de cellules, lorsqu’ils sont disponibles, les niveaux de facteurs de croissance ont été tabulés et regroupés en fonction des types de cellules qui ont donné le facteur de croissance contenant le milieu conditionné, en fonction du nombre de cellules, du type et de la durée de culture, et du traitement du milieu conditionné. Lorsque les données étaient disponibles, le nombre de cellules nécessaires pour produire le CM pour une application a été calculé.

3. Résultats et discussion

Nous avons obtenu 39 articles qui répondaient aux critères d’inclusion et 7 ont été exclus en raison de données incomplètes. Diverses affections / maladies ont été traitées par divers CM dérivés de cellules et ont pour la plupart montré des résultats prometteurs (tableau 1).

Les différents milieux conditionnés, même lorsqu’ils proviennent du même type de cellules, ont été produits par des conditions différentes, c’est-à-dire à partir de passages, de nombre de cellules, de milieu de culture et de condition de culture différents (tableau 2). Les rendements en facteur de croissance des différents types de cellules sont visibles dans le tableau 3, et le nombre de cellules nécessaire pour produire CM pour une application est visible dans le tableau 4.

Diverses études ont montré que le milieu conditionné a été testé dans divers types de maladies / affections (tableau 1), c’est-à-dire l’alopécie, l’ischémie aiguë et chronique des membres postérieurs, la cicatrisation aiguë et chronique des plaies, l’infarctus du myocarde, les lésions / défaillances hépatiques aiguës, les lésions cérébrales / ischémie / accident vasculaire cérébral, les lésions de la moelle épinière, les lésions pulmonaires et les défauts osseux, et ont montré une amélioration des conditions. De plus, une maladie rénale chronique traitée à l’aide de cellules souches mésenchymateuses dérivées de cellules souches embryonnaires humaines (huESC-MSC) CM a montré une diminution de la pression artérielle systolique et de la protéinurie et une amélioration des lésions tubulaires et glomérulaires, du flux sanguin rénal et du taux de filtration glomérulaire. Cependant, la néphropathie traitée par CM à partir de cellules souches somatiques sans restriction de sang de cordon ombilical humain (huUCB-USSC) ou de cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse de souris (mBM-MSC) n’a pas montré d’amélioration du taux sérique d’urée et de créatinine, des dommages histopathologiques et du score d’activité physique. De plus, la prévention du cancer à l’aide de la lignée de cellules souches mésenchymateuses humaines CM a montré une prolifération et une vascularisation accrues des cellules tumorales.

Dans les deux cas de maladie rénale, on peut conclure que le CM de hu-ESC-MSC peut améliorer la condition, et le niveau de facteur de croissance nécessaire est probablement suffisant car le traitement du CM comprend une étape de concentration de 25 temps. Cependant, pour hu-UCB-USSC ou mBM-MSC-CM, le manque de données concernant le traitement du CM et le niveau de facteur de croissance du CM empêche une analyse plus approfondie pour conclure si l’incapacité à améliorer la condition est due à l’absence de certains facteurs de croissance ou à un niveau de facteurs de croissance trop faible pour donner un effet.

3.1. Milieu de culture et supplément

Certaines études ont utilisé du sérum de bovin fœtal ou un autre supplément contenant un milieu complet, tandis que d’autres études ont utilisé des milieux sans sérum. De plus, les milieux de base utilisés sont variables, par example aMEM, DMEM, DMEM/F12, M199, EBM2, EGM-2, in vivo 15, ou milieu défini chimiquement, et le même type de cellule peut être cultivé dans différents types de milieu de base (Tableau 2). Le milieu de culture en culture in vitro représente le microenvironnement in vivo et peut déterminer le devenir cellulaire et donc la sécrétion cellulaire. Par conséquent, un même type de cellules peut sécréter différents niveaux de facteurs de croissance lorsqu’elles ont été cultivées dans un milieu différent, comme on peut le voir dans le tableau 3.

3.2. Durée de culture

La production de CM varie en durée de culture de seize heures à cinq jours (Tableau 3). Dans le cas où un milieu complet était utilisé, une courte durée de culture pourrait laisser certains facteurs de croissance dérivés du sérum non consommés par les cellules et augmenter le taux de facteur de croissance ou, au contraire, supprimer la sécrétion de facteur de croissance par les cellules. La possibilité de la présence de facteur de croissance résiduel du milieu peut être vue dans une étude, qui a montré que le milieu sans cellule contenait un taux de TGF-b1 de pg / mL (tableau 3).

3.3. Condition de culture

La plupart des études ont produit du CM en culture monocouche, mais plusieurs études ont utilisé des cultures sphéroïdes (tableau 3). Les cultures sphéroïdes nécessitent une manipulation et un équipement spéciaux (ballon tournant) mais produisent plus de cellules que les cultures monocouches classiques, et donc plus de facteurs sécrétés (tableau 4). De plus, les cellules situées au centre du sphéroïde peuvent être dans un état hypoxique relatif par rapport aux cellules à la surface, augmentant ainsi encore le rendement de certains facteurs de croissance.

3.4. Rôle du facteur sécrété dans l’amélioration des maladies

Diverses cytokines ont été sécrétées par les cellules souches dans le CM, et elles ont joué un rôle dans l’amélioration de diverses maladies / conditions. Ces cytokines peuvent être regroupées en facteurs de croissance, cytokines pro-inflammatoires et anti-inflammatoires et autres cytokines. Diverses études ont utilisé diverses méthodes pour évaluer diverses cytokines dans le CM conditionné, des tests ELISA conventionnels aux méthodes de profilage protéomique.

3.4.1. Facteurs de croissance

De plus, des études qui ont analysé divers facteurs de croissance ont rapporté la présence de divers facteurs de croissance, qui ont été sécrétés par diverses cellules souches dans leur milieu conditionné (tableau 3), à l’exception du MSC humain (Lonza) qui n’a pas sécrété FGF-2, PDGFBB, BMP-2 et SDF-1 mais qui a sécrété IGF-1, VEGF, TGF β1 et HGF. De plus, différentes conditions de culture et différents milieux peuvent produire différents niveaux de sécrétions de facteurs de croissance.

3.4.2. Cytokines Pro et Anti-inflammatoires

3.4.3. Autres cytokines

3.5. Traduction de l’utilisation du Milieu conditionné chez les Patients

Dans le milieu conditionné, divers facteurs peuvent être présents sous forme de cocktail et agir de concert pour favoriser la régénération. Par conséquent, il est important d’analyser un ensemble complet de niveaux de facteurs de croissance et de cytokines pour chaque type de milieu conditionné dérivé de cellules souches et de connaître les conditions de culture, le traitement du milieu conditionné et les maladies / conditions qui répondent à un certain traitement du milieu conditionné. Lorsque la teneur des différentes cytokines dans un certain milieu conditionné est connue, le résultat du milieu conditionné sur une certaine maladie / condition peut être déterminé, et la voie de la traduction chez les patients est ouverte.

D’après les études qui ont analysé le niveau de VEGF, nous pouvons conclure que la plupart des cellules souches sécrètent du VEGF. Comme le VEGF joue un rôle important sur l’angiogenèse dans la régénération des tissus / organes blessés / endommagés, divers milieux conditionnés dérivés de cellules souches sont capables de guérir diverses maladies et auront plus d’impact sur les maladies avec ischémie. En outre, le VEGF peut prévenir l’apoptose en état hypoxique, empêchant ainsi d’autres dommages.

De plus, le FGF2 est un facteur angiogénique plus puissant que le VEGF, avec un effet supplémentaire sur la prolifération des fibroblastes, des préadipocytes et des cellules souches endothéliales, épithéliales et neurales, sur la migration des cellules gliales et myogéniques dérivées de la crête neurale et sur la différenciation des cellules neuroépithéliales en neurones matures et en cellules gliales.

D’autres facteurs de croissance contribuent à la régénération des organes tissulaires blessés / endommagés, avec un accent particulier sur la prolifération, c’est-à-dire PDGF pour le tissu conjonctif, les cellules gliales et autres cellules, EGF pour les cellules mésenchymateuses, gliales et épithéliales, et IGF-I et IGF-II pour divers types de cellules. En outre, le PLGF, membre de la famille des VEGF, augmente l’activité du VEGF in vitro et in vivo, le KGF inhibe la mort des cellules épithéliales induite par le stress oxydatif, le NGF favorise l’excroissance des neurites et la survie des cellules neuronales, le BDNF est neuroprotecteur, favorise la survie des cellules et réduit la formation de cicatrices astrogliales, et certains facteurs de croissance, notamment l’HEGF, le FGF-7, l’EGF et le HGF favorisent la régénération du foie.

Les cytokines pro-inflammatoires qui jouent un rôle dans la régénération sont l’IL-1b en raison de son rôle protecteur du foie, l’IL-8 en raison de son activité angiogénique et l’IL-9 en raison de l’activité de promotion de la cicatrisation des plaies. De plus, les cytokines anti-inflammatoires préviennent l’inflammation et favorisent la régénération du foie.

Le récepteur MCSF (MCSFR) favorise la croissance et le développement du progéniteur myéloïde, du phagocyte mononucléaire et du trophoblaste placentaire, et le PDGFR peut interagir avec diverses molécules de signalisation ou intégrine pour provoquer la prolifération, la motilité, la différenciation ou la survie des cellules par inhibition de l’apoptose.

De plus, un facteur peut contribuer à plus d’un mode d’action régénératrice, tel que le MCP-1 qui est impliqué dans l’angiogenèse et l’activité de protection du foie. De plus, pour que la production de CM soit appliquée à diverses maladies humaines, les données d’études animales qui ont montré des résultats prometteurs sont très précieuses.

3.5.1. Production de CM pour la traduction en Diverses maladies humaines

Pour utiliser CM pour diverses maladies humaines, la méthode de production du CM doit être normalisée en termes de type et de nombre de cellules nécessaires à la production du CM, de milieu de culture et de condition, et de traitement du milieu conditionné. De plus, le volume et le mode de livraison sont également importants. Comme diverses études ont utilisé différents nombres et types de cellules et diverses doses de CM, il est important de connaître le nombre de cellules qui ont donné le CM pour une application, qui peut être interpolée pour les études humaines. Par conséquent, dans le tableau 4, nous avons résumé toutes les données qui peuvent être nécessaires pour l’interpolation dans les études humaines, c’est-à-dire les maladies traitées, l’espèce et l’âge ou le poids corporel de l’animal, le type de cellule, le milieu de culture et l’état, le nombre de cellules pour produire CM pour une application, le volume et le mode d’application. De plus, diverses applications possibles de CM pour diverses conditions sont résumées à la figure 1.

Figure 1

Diverses applications possibles de CM pour diverses conditions.

De plus, pour la traduction chez les patients, il est très important d’analyser et de noter les différentes teneurs en cytokines des différents milieux conditionnés. De plus, pour chaque milieu conditionné à teneur en cytokines connue, une validation de son utilisation sur diverses maladies doit être effectuée. Enfin, la possibilité de promotion du cancer existant doit être testée pour chaque CM, et des précautions doivent être prises avant le traitement par CM pour s’assurer que le receveur est exempt de cancer.

Les avantages de la production de divers CM pour les patients résident dans la possibilité d’une production de masse par des sociétés pharmaceutiques, lorsque les méthodes de production ont été normalisées. Les milieux conditionnés ne sont pas comme les cellules souches qui ont besoin d’une installation de bonnes pratiques de fabrication (BPF) pour être appliquées aux patients. Lorsque la CM a été emballée correctement, elle peut être transportée facilement sous forme de médicaments et n’a pas besoin de cryoconservation, comme celle dont les cellules souches ont besoin. Cependant, par rapport aux cellules souches qui peuvent survivre pendant une période assez longue, la CM doit être administrée plus fréquemment, car les demi-vies des cytokines et des facteurs de croissance sont généralement plus courtes, ce qui est un inconvénient pour les patients mais donnera plus de bénéfices aux sociétés pharmaceutiques.

4. Conclusion

Divers milieux conditionnés dérivés de cellules souches ont été produits par diverses méthodes et traitements et testés sur diverses maladies et ont pour la plupart donné de bons résultats. Cependant, des méthodes standardisées pour la production de divers milieux conditionnés et des validations de leur utilisation sur diverses maladies doivent être menées.

Conflit d’intérêts

L’auteur déclare qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.

Reconnaissance

Cette étude a été financée par la subvention de recherche du Ministère indonésien de l’Éducation et de la Culture (Pusnas 2014), Contrat n ° 2218 / H2.R12/ HKP.05.00/2014.