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BENOÎT M.-LABBÉ ÉVALUATION DE L’IMPACT DE NOUVEAUX PANSEMENTS BIOLOGIQUES SUR LA GUÉRISON DE PLAIES CUTANÉES IN VITRO Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l’Université Laval dans le cadre du programme de maîtrise en médecine expérimentale pour l’obtention du grade de Maître ès sciences (M. Sc.) FACULTÉ DE MÉDECINE UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC 2013 © Benoît M.-Labbé, 2013

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BENOÎT M.-LABBÉ

ÉVALUATION DE L’IMPACT DE NOUVEAUX

PANSEMENTS BIOLOGIQUES SUR LA GUÉRISON

DE PLAIES CUTANÉES IN VITRO

Mémoire présenté

à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l’Université Laval

dans le cadre du programme de maîtrise en médecine expérimentale

pour l’obtention du grade de Maître ès sciences (M. Sc.)

FACULTÉ DE MÉDECINE

UNIVERSITÉ LAVAL

QUÉBEC

2013

© Benoît M.-Labbé, 2013

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i

Résumé

Le traitement des ulcères cutanés constitue un défi majeur et les options

thérapeutiques efficaces demeurent limitées. Le but du présent projet était de concevoir et

d’évaluer le potentiel de pansements biologiques fabriqués à partir de cellules souches

extraites du tissu adipeux (CSTA) à favoriser la guérison de plaies cutanées. Des

pansements faits de CSTA ou de CSTA différenciées en adipocytes ont été mis au point en

utilisant la technique d’auto-assemblage développée au LOEX et évalués sur un modèle

d’étude in vitro adapté pour l’étude de pansements. L’effet de ces pansements a été évalué

en mesurant la progression de la réépithélialisation des plaies in vitro, en caractérisant leur

sécrétome et en réalisant des analyses histologiques et immunohistochimiques. Cette

recherche suggère que les CSTA différenciées en adipocytes pourraient être utilisées en

complément ou alternativement aux fibroblastes dermiques pour la production de

recouvrements autologues utiles dans le traitement des plaies cutanées.

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iii

Abstract

Treatment of chronic wounds remains a major challenge in clinic and efficient

treatment options are still limited. The goal of this project was to create and evaluate the

potential of bioengineered cellular wound dressings made of adipose-derived stem/stromal

cells (ASCs) for cutaneous wound healing. Dressings made of ASCs differentiated or not

towards the adipogenic lineage were produced using the self-assembly approach and were

evaluated using an adapted in vitro wound healing model. The effect of these dressings was

assessed by measuring the progression of reepithelialisation on in vitro wounds, by

characterizing dressing’s secreted products and by histological and immunohistochemical

analyses. This research suggests that ASCs could be used as an alternative or a complement

to dermal fibroblasts for the production of autologous dressings useful for healing of

chronic wounds.

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v

Remerciements

Ce mémoire est d’abord le résultat d’une collaboration solide avec ma directrice de

recherche Julie Fradette Ph.D. Je tiens à la remercier chaleureusement pour sa disponibilité,

sa rigueur scientifique et son support constant tout au long de mes études graduées. Dre

Fradette est définitivement un bel exemple d’une chercheure ayant à cœur le succès de ces

étudiants et la production de recherches de qualité.

Je tiens également à remercier les membres de l’équipe LOETA qui ont été présents

au cours de mon projet pour discuter de science et relaxer de temps à autre! Un merci

particulier à Valérie Trottier, assistante de recherche de l’équipe, qui a travaillé les débuts

du présent projet et qui m’a offert une aide précieuse tout au long de l’expérimentation.

Merci à Maryse Proulx, Caroline Vincent, Guillaume Marceau-Fortier et Dominique

Mayrand pour leur support et leur aide. Merci également à Todd Galbraith pour son soutien

lors de mes premiers contacts avec le génie tissulaire, à Olivier Rochette-Drouin pour son

aide avec les microscopes ainsi qu’à Francis Charrette et à Annie Boisvert pour leur aide

avec les prises de mesures. De plus, je remercie l’ensemble des chercheurs du LOEX pour

leur contribution à la création de ce centre de recherche d’envergure.

Je veux souligner le support que m’ont offert les membres de ma famille et mon

amoureuse au cours de ce projet de maitrise. Ils ont su être présents pour moi lors des

moments plus difficiles et m’ont encouragé constamment. Merci pour votre soutien

précieux.

Finalement, je remercie la faculté de médecine de l’Université Laval et les

organismes subventionnaires de m’avoir permis de réaliser ce projet conjointement à mes

études au doctorat en médecine.

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À ma famille pour leur support

inconditionnel

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ix

Table des matières

Résumé ..................................................................................................................................... i Abstract ................................................................................................................................. iii Remerciements ........................................................................................................................ v

Table des matières ................................................................................................................. ix Liste des tableaux ................................................................................................................... xi Liste des figures .................................................................................................................. xiii Liste des abréviations ............................................................................................................ xv 1.

Chapitre 1 - Introduction générale...................................................................................... 1 1.1 Peau normale humaine et ses composantes ............................................................ 2

1.1.1 Épiderme ............................................................................................................. 2

1.1.1.1 Couche basale ............................................................................................. 3 1.1.1.2 Couche épineuse ......................................................................................... 4 1.1.1.3 Couche granuleuse ...................................................................................... 4 1.1.1.4 Couche cornée ............................................................................................. 5

1.1.2 Jonction dermo-épidermique .............................................................................. 5 1.1.3 Derme et annexes cutanées ................................................................................. 6

1.1.4 Hypoderme (tissu adipeux humain) .................................................................... 7 1.1.4.1 Composition cellulaire ................................................................................ 8

1.1.4.1.1 Adipocytes............................................................................................. 8

1.1.4.1.2 Cellules souches extraites du tissu adipeux (CSTA)............................. 8 1.2 La guérison des plaies cutanées .............................................................................. 9

1.2.1 Physiologie de la guérison .................................................................................. 9 1.2.1.1 La phase inflammatoire .............................................................................. 9

1.2.1.2 La phase proliférative ............................................................................... 10 1.2.1.2.1 La réépithélialisation ........................................................................... 11

1.2.1.2.2 La formation du tissu de granulation .................................................. 12 1.2.1.2.3 La néovascularisation .......................................................................... 13

1.2.1.3 La phase de maturation et de remodelage ................................................. 13

1.2.2 La pathogénie des plaies chroniques ................................................................ 14 1.2.2.1 Le diabète .................................................................................................. 14 1.2.2.2 L’insuffisance veineuse ............................................................................ 16

1.2.3 Traitements des plaies cutanées ........................................................................ 17 1.2.3.1 Méthodes de base ...................................................................................... 17 1.2.3.2 Pansements synthétiques ........................................................................... 17 1.2.3.3 Pansements cellulaires .............................................................................. 18

1.3 Étude de la guérison des plaies cutanées et potentiel des cellules souches extraites

du tissu adipeux (CSTA) ................................................................................................... 23 1.3.1 Modèles animaux de la guérison des plaies cutanées ....................................... 23

1.3.2 Potentiel des cellules du tissu adipeux en guérison des plaies cutanées ........... 25 1.3.2.1 Sécrétion de molécules bioactives ............................................................ 27

1.3.2.1.1 Leptine ................................................................................................. 27 1.3.2.1.2 VEGF .................................................................................................. 28 1.3.2.1.3 Angiopoïétine-1 ................................................................................... 29

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1.3.3 Peaux reconstruites et contribution du génie tissulaire (méthode d’auto-

assemblage) .................................................................................................................. 29

1.4 Problématique, hypothèse et objectifs .................................................................. 31 2 Chapitre 2 - Matériel et méthode ...................................................................................... 33

2.1 Production de peaux bilamellaires humaines reconstruites in vitro par auto-

assemblage ....................................................................................................................... 34

2.1.1 Production du derme des peaux reconstruites .................................................. 34 2.1.2 Production de l’épiderme des peaux reconstruites ........................................... 36

2.2 Production de feuillets migratoires dermiques ..................................................... 38 2.3 Production de pansements biologiques ................................................................ 38 2.4 Réalisation du modèle d’étude ............................................................................. 41

2.5 Devis expérimentaux ............................................................................................ 43

2.6 Prise de photos macroscopiques des peaux et des plaies ..................................... 44 2.7 Suivi de la progression de la réépithélialisation dans le temps ............................ 45

2.7.1 Méthode 1 ......................................................................................................... 45

2.7.2 Méthode 2 ......................................................................................................... 45 2.8 Mesure de l’aire réépithélialisée de la plaie ......................................................... 46

2.9 Analyse des peaux, des plaies et des pansements ................................................ 47 2.9.1 Analyse des peaux ............................................................................................ 47 2.9.2 Analyse des plaies ............................................................................................ 47

2.9.3 Analyse des pansements ................................................................................... 49 2.10 Dosage par ELISA des molécules sécrétées ........................................................ 49

2.11 Analyses statistiques ............................................................................................ 50 3 Chapitre 3 – Résultats ........................................................................................................ 51

3.1 Conception du modèle de guérison des plaies in vitro adapté à l’étude de

pansements biologiques .................................................................................................... 52 3.2 Progression de la réépithélialisation de plaies recouvertes de pansements

biologiques ....................................................................................................................... 61

3.3 Caractérisation de l’impact des pansements biologiques sur la réépithélialisation

68

4 Chapitre 4 – Discussion...................................................................................................... 75

4.1 Adaptation du modèle d’étude in vitro et conception des pansements biologiques

76 4.1.1 Modèle d’étude de la guérison des plaies in vitro ............................................ 76

4.1.2 Conception des pansements biologiques .......................................................... 80

4.2 Évaluation de l’efficacité des pansements biologiques ........................................ 81

4.3 Poursuite du projet sur un modèle animal ............................................................ 87 6 Chapitre 5 - Conclusion ..................................................................................................... 89

Bibliographie ....................................................................................................................... 91

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Liste des tableaux

Tableau 1.1 : Principaux recouvrements biologiques disponibles en clinique pour le

traitement de plaies chroniques. .................................................................................... 21

Tableau 2.1 : Populations cellulaires de fibroblastes utilisés pour la production de dermes

reconstruits et de feuillets migratoires. ......................................................................... 34 Tableau 2.2 : Composition du milieu de culture pour kératinocytes. .................................. 37 Tableau 2.3 : Populations cellulaires de CSTA et de fibroblastes utilisées pour la

production de pansements biologiques. ........................................................................ 39

Tableau 2.4 : Composition du milieu d’induction adipogénique. ....................................... 40 Tableau 2.5 : Résumé des devis expérimentaux réalisés et des principaux paramètres de

chacun. .......................................................................................................................... 44

Tableau 2.6 : Anticorps utilisés pour les marquages immunohistochimiques de plaies. .... 48

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xiii

Liste des figures

Figure 1.1 : Multiples couches cellulaires résultant du processus de différenciation des

kératinocytes. .................................................................................................................. 3

Figure 1.2 : Schématisation de la jonction dermo-épidermique. ........................................... 6 Figure 1.3 : Schématisation des principales étapes de la guérison des plaies de la peau. ... 10 Figure 1.4 : Patient de 60 ans amputé de deux orteils et souffrant d’un ulcère diabétique

classiquement situé à la pointe du deuxième métatarse. ............................................... 15 Figure 1.5 : Apparence générale des principaux pansements cellulaires disponibles

commercialement. ......................................................................................................... 20 Figure 2.1 : Étapes de production de peaux bilamellaires reconstruites in vitro. ................ 36 Figure 2.2 : Étapes de production de pansements biologiques en fonction du type cellulaire

utilisé. ............................................................................................................................ 39 Figure 2.3 : Étapes de réalisation du modèle d’étude de guérison des plaies selon la

condition expérimentale à l’étude.. ............................................................................... 42 Figure 2.4 : Aspect général du modèle d’étude réalisé. ....................................................... 43

Figure 2.5 : Exemple des photos ayant servies à générer les résultats de mesure d’aire non-

réépithélialisée et d’aire totale de la plaie originale. .................................................... 46

Figure 3.1 : Aspect macroscopique d’une peau reconstruite. .............................................. 52 Figure 3.2 : Apparence macroscopique et microscopique des pansements biologiques

produits par auto-assemblage. ....................................................................................... 54

Figure 3.3 : Résumé des résultats de l’étude pilote. ............................................................ 57 Figure 3.4 : Profil de sécrétion des pansements biologiques sur une période de 48 heures en

milieu sans sérum et sans phénol. ................................................................................. 58 Figure 3.5 : Aspect au stéréomicroscope du phénomène de réépithélialisation d’une plaie

reconstruite in vitro après l’adaptation de la méthode de suivi de la

réépithélialisation. ......................................................................................................... 60

Figure 3.6 : Comparaison de l’aire ouverte des plaies en fonction du nombre de jour de

guérison et selon le pansement utilisé (première étude). .............................................. 61 Figure 3.7 : Profil de sécrétion des pansements biologiques sur une période de 24 heures en

milieu sans sérum et sans phénol. ................................................................................. 63 Figure 3.8 : Progression de la réépithélialisation en fonction du groupe expérimental à

l’étude (deuxième étude). ............................................................................................. 65

Figure 3.9 : Profil de sécrétion des pansements biologiques sur une période de 48 heures en

milieu de culture pour adipocytes. ................................................................................ 67 Figure 3.10 : Aspect histologique d’une coupe transversale de la marge d’une plaie colorée

au trichrome de Masson. ............................................................................................... 69

Figure 3.11 : Aspect histologique de la réépithélialisation six jours après la création des

plaies suite à une coloration au trichrome de Masson sur coupes transversales. .......... 71 Figure 3.12 : Analyses immunohistochimiques du phénomène de réépithélialisation en

présence de pansements biologiques après six jours de guérison. ................................ 72 Figure 3.13 : Aspect histologique au trichrome de Masson des pansements adipeux utilisés

comme recouvrement d’une plaie au fil du temps. ....................................................... 73 Figure 3.14 : Exemple d’une plaie où le feuillet migratoire n’a pas été réépithélialisé. ..... 74

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Liste des abréviations

(Termes en anglais inscrits en italique)

Ac Anticorps monoclonaux ou polyclonaux (M ou P)

ASCs Adipose-derived stem/stromal cells

bFGF Basic fibroblast growth factor

CHA Centre Hospitalier Affilié

CSTA Cellules souches extraites du tissu adipeux

DME Dulbecco’s modified Eagle’s medium

EGF Epidermal growth factor

ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay

IBMX 3-isobutyl-1-méthylxanthine

KGF Keratinocyte growth factor

LOEX Laboratoire d’Organogénèse Expérimentale

NO Oxyde nitrique

PAI-1 Plasminogen activator inhibitor-1

PDGF Platelet-derived growth factor

PGA Polyglycolic acid

PLA Polylactic acid

SVF Sérum de veau fœtal

T3 Triiodothyronine

TGF Transforming growth factor (α et β)

VEGF Vascular endothelial growth factor

VEGFR Vascular endothelial growth factor receptor (1 et 2)

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1. Chapitre 1 - Introduction générale

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1.1 Peau normale humaine et ses composantes

La peau humaine est un organe important ayant pour rôle principal d’être une

barrière entre l’environnement interne et externe du corps. Elle est principalement

composée de trois types cellulaires organisés en trois couches. La couche la plus

superficielle est l’épiderme, érigée par les kératinocytes, suivi du derme, essentiellement

constitué de fibroblastes, et de l’hypoderme, contenant surtout des adipocytes. La peau joue

plusieurs rôles importants en plus d’être une barrière efficace. Elle est impliquée dans la

thermorégulation du corps, dans la transmission des sensations en plus d’avoir un rôle

immunitaire. Elle possède aussi diverses fonctions endocrines, dont l’activation de la

vitamine D ainsi que la production de leptine dans son tissu adipeux (Kierszenbaum et al.,

2006).

1.1.1 Épiderme

L’épiderme est la partie la plus superficielle de la peau. Sa structure est celle d’un

épithélium pavimenteux stratifié, tout comme la majorité des épithéliums du corps humain

subissant de la friction. Il est toutefois un des seuls à être kératinisé et à contenir des

mélanocytes, assurant une protection solaire en pigmentant la peau et les poils. Il contient

aussi des cellules de Merkel servant de récepteurs sensoriels ainsi que des cellules

de Langerhans impliquées dans l’immunité cellulaire (Kierszenbaum et al., 2006). Les

kératinocytes prolifèrent et maturent de la couche basale jusqu’à la couche cornée, en

passant par les couches épineuses et granuleuse où leur morphologie et leur composition se

transforment (Fig 1.1). Les kératines, principales protéines structurales composant les

kératinocytes, possèdent des profils particuliers selon la couche et constituent près de 85%

de la masse d’un seul kératinocyte une fois la différenciation complétée (Fuchs, 1995).

Elles constituent donc des marqueurs de choix dans l’étude de la formation de l’épiderme.

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Figure 1.1 : Multiples couches cellulaires résultant du processus de différenciation des

kératinocytes. [Figure modifiée de (Segre, 2008)]

1.1.1.1 Couche basale

La couche basale de la peau est la seule couche cellulaire où les kératinocytes

prolifèrent (Fuchs et al., 1980). Ils sont solidement attachés à la membrane basale par des

hémidesmosomes, des protéines complexes qui guident la polarisation et l’organisation

spatiale de l’épiderme en formation (Borradori et al., 1999). Cette couche contient des

cellules souches épidermiques qui expriment entre autres la kératine 19. Elles sont situées

dans la couche basale des crêtes épidermiques profondes de la peau sans poils ou dans le

renflement des follicules pileux de la peau avec poils (Michel et al., 1996, Fradette et al.,

1998). Les kératines 5 et 14 sont fortement exprimées au niveau de la couche basale. Elles

se retrouvent seulement dans les kératinocytes ayant des capacités prolifératives, leur

expression est donc régulée à la baisse dès que les kératinocytes passent à la couche

épineuse (Fuchs, 1995, Fuchs et al., 1980). La kératine 15 est également exprimée dans les

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4

cellules de la couche basale, quoique de moins grande importance quantitative (Lloyd et al.,

1995). L’antigène Ki-67 est aussi un marqueur cellulaire particulier à la couche basale au

sein de l’épiderme puisqu’il est présent dans les cellules prolifératives (Gerdes et al., 1983,

Gerdes et al., 1984).

1.1.1.2 Couche épineuse

En quittant la couche basale, le profil des kératines synthétisées au sein des

kératinocytes se modifie. La présence des kératines 5 et 14 diminue et le taux de synthèse

des kératines 1 et 10 prend de plus en plus d’ampleur (Fuchs, 1995). À ce stade de

différenciation, les kératinocytes sont toujours métaboliquement actifs et demeurent liés

entre eux par des desmosomes comme dans la couche basale(Franke et al., 1987). Les 4 à 8

couches cellulaires qui composent l’épineuse prennent graduellement une forme plus plane

jusqu’à leur passage à la couche granuleuse (Fuchs, 1990).

1.1.1.3 Couche granuleuse

Dans leur transition vers la couche granuleuse, les kératinocytes stoppent leur

production massive de kératines entreprise dans les couches basale et épineuses. Les

kératinocytes acquièrent alors des granules de kératohyalines à l’intérieur de leur

cytoplasme. Celles-ci contiennent entre autres de la loricrine servant à former l’enveloppe

cornée des cornéocytes (Mehrel et al., 1990). Elles renferment également des précurseurs

de la filaggrine qui servent à l’agrégation des filaments de kératine en macrofibrilles (Dale

et al., 1978, Watt, 1989). Ces granules ont aussi un rôle à jouer dans la déshydratation et

l’aplatissement de la cellule avant son passage à la couche cornée (Dale et al., 1994).

Parallèlement à la production de ces granules, il y a formation de corps lamellaires riches

en lipides qui sont sécrétés dans l’espace intercellulaire (Kierszenbaum et al., 2006). Les

transglutaminases sont également des enzymes actifs dans la couche granuleuse qui

entreprennent la formation de l’enveloppe cornée (Buxman et al., 1975, Eckert et al., 2005).

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1.1.1.4 Couche cornée

Une fois la couche cornée atteinte, les kératinocytes aplatis maintenant devenus des

cornéocytes ne possèdent plus de noyau et sont dépourvus d’organelles. Ils perdent le peu

de cytoplasme restant. À ce stade, ils sont remplis de filaments de kératine et entourés

d’une couche de protéines insolubles apposée sur la face interne de leur membrane

plasmatique (Watt, 1989). Les cornéocytes ont ainsi pour rôle de protéger les strates

vivantes de l’épiderme contre les forces mécaniques exercées sur la peau. Ils servent

également à l’imperméabiliser grâce aux lipides intercellulaires produits par les corps

lamellaires (Menon et al., 1997, Kierszenbaum et al., 2006). Graduellement, la

desquamation a lieu et les strates superficielles de cornéocytes se détachent de la peau. Le

délai séparant la présence d’une cellule à la couche basale et sa différenciation terminale en

cornéocyte est de deux à quatre semaines, selon le degré de renouvellement nécessaire à un

site donné de la peau (Fuchs, 1995).

1.1.2 Jonction dermo-épidermique

La membrane basale séparant le derme de l’épiderme, aussi appelée jonction dermo-

épidermique, se divise en quatre structures distinctes lorsque visualisée par microscopie

électronique (Fig 1.2). La première structure de la jonction dermo-épidermique est

constituée de la membrane plasmatique des kératinocytes basaux de l’épiderme. Ces

kératinocytes sont soutenus par des filaments intermédiaires de kératine 5 et 14 contenus

dans leur cytoplasme (Fuchs et al., 1994). Leur membrane plasmatique s’attache aux autres

structures de la jonction dermo-épidermique grâce à des hémidesmosomes (Borradori et al.,

1999). Ces hémidesmosomes utilisent des intégrines spécialisées dans la liaison des

laminines (α6β4 et α3β1) (Watt, 2002) afin de se lier aux filaments d’ancrage des deux

structures suivantes, la lumina lucida et la lumina densa. La laminine 5 est l’un des

principaux constituants de ces ancrages, accompagnée des laminines 6 et 10 qui s’y

retrouvent de façon moins abondante (Aumailley et al., 1996, Aumailley et al., 1999). La

laminine 5 est d’ailleurs un marqueur spécifique de la membrane basale des épithéliums

pavimenteux (Nishiyama et al., 2000). La troisième structure de la jonction dermo-

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épidermique, la lumina densa, est principalement constituée de collagène de type IV. Enfin,

la lamina reticularis, dernière structure de la membrane basale, est surtout formée des

collagènes de types I et III. Des fibres de collagène de type VII servent à ce niveau de

filaments d’ancrage entre la lumina densa et la lumina reticularis et assurent la stabilité de

la cohésion entre la membrane basale et le derme.

Figure 1.2 : Schématisation de la jonction dermo-épidermique. [Figure modifiée de (Karp,

2004)]

1.1.3 Derme et annexes cutanées

Le derme est principalement constitué de cellules mésenchymateuses nommées

fibroblastes qui sont reliées entre elles par une solide matrice extracellulaire. Il se divise en

deux couches plus ou moins bien définies où la composition de sa matrice varie. La couche

la plus proximale à l’épiderme est la couche papillaire, constituée de fibroblastes, de fibres

de collagène fines et de fibres élastiques. Elle contient les capillaires sanguins qui

fournissent les nutriments nécessaires à la formation de l’épiderme ainsi que des

terminaisons nerveuses. La couche réticulaire est quant à elle composée de fibres de

collagène organisées en faisceaux épais ainsi que de fibres élastiques grossières en plus des

fibroblastes. Elle contient un réseau sanguin, lymphatique et nerveux de plus gros calibre

que la couche papillaire (Kierszenbaum et al., 2006).

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Le derme est le siège d’annexes cutanées telles que les poils, les glandes sébacées et

les glandes sudoripares. La tige des poils traverse l’épiderme et est solidement ancrée dans

le derme par le follicule pileux. Les poils ont différentes fonctions selon leur emplacement,

que ce soit de filtrer l’air passant par le nez ou d’isoler le cuir chevelu. Une glande sébacée

s’associe à chaque follicule pileux au niveau de la peau pour produire du sébum, une

substance grasse possédant des propriétés antimicrobiennes. Les glandes sudoripares

contribuent pour leur part à la régulation de la température corporelle en laissant échapper

la sueur dans de petits pores jusqu’à la surface de la peau (Kierszenbaum et al., 2006).

Le derme a pour rôle d’offrir à la peau à la fois une résistance mécanique contre les

traumatismes ainsi qu’une souplesse qui permet l’amplitude des mouvements. Il aurait

aussi un rôle important à jouer dans la régulation de l’épithélialisation par le remodelage du

collagène et la production de facteurs de croissance (Coulomb et al., 1989). Dans des

études in vitro, la co-culture de fibroblastes et de kératinocytes accentue la prolifération des

kératinocytes et la morphologie de l’épiderme qui en résulte se rapproche davantage à celle

de la peau normale humaine que lorsque les kératinocytes prolifèrent en absence de

fibroblastes (El-Ghalbzouri et al., 2002, El Ghalbzouri et al., 2003). La prolifération des

kératinocytes serait même doublée lorsqu’en co-culture avec des fibroblastes (Goulet et al.,

1996).

1.1.4 Hypoderme (tissu adipeux humain)

L’hypoderme est la troisième et dernière couche de la peau. Sa distinction avec le

derme est graduelle, aucune membrane définie ne les sépare. Aussi appelé tissu adipeux

sous-cutané, il joue plusieurs rôles physiologiques importants en plus d’être un soutien

indispensable pour le derme et l’épiderme qui le recouvre. L’hypoderme est un coussin

précieux pour amortir les chocs et joue un rôle de thermorégulation. Il constitue une réserve

énergétique importante. Sa distribution varie selon le sexe et l’indice de masse corporelle.

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1.1.4.1 Composition cellulaire

Les constituants principaux du tissu adipeux sont les adipocytes et les cellules

stromales/souches adultes qui résident dans le tissu adipeux.

1.1.4.1.1 Adipocytes

Les adipocytes blancs sont les principaux constituants du tissu adipeux humain. Ils

servent notamment à stocker de l’énergie sous forme de triglycérides. Ils sont également

responsables de la production de leptine, une hormone responsable du contrôle de la satiété

(Voir section 1.3.2.1.1 Leptine). La large gouttelette lipidique contenue dans leur

cytoplasme occupe près de 95% de l’espace cellulaire; le reste du volume cellulaire est

occupé par le noyau aplati contre la membrane cytoplasmique ainsi que d’une fine couche

de cytoplasme au pourtour (Kierszenbaum et al., 2006).

Le tissu adipeux présente un profil de sécrétion intéressant, notamment de

molécules actives dans les processus liés à la guérison des plaies. Campbell et al. ont

d’ailleurs tenté de cultiver des kératinocytes directement sur une couche de cellules

adipeuses afin de vérifier l’impact des adipocytes sur la prolifération des kératinocytes. Ils

ont constaté que la prolifération des kératinocytes était accélérée lorsque les deux types

cellulaires étaient en contact direct, de même que lorsque les kératinocytes étaient cultivés

dans un milieu conditionné préalablement par des adipocytes (Campbell et al., 2010). De

telles observations avaient d’ailleurs été décrites précédemment en utilisant des techniques

de co-culture (Aoki et al., 2004, Misago et al., 1998, Sugihara et al., 2001).

1.1.4.1.2 Cellules souches extraites du tissu adipeux (CSTA)

Plusieurs tissus humains sont connus pour contenir une sous-population cellulaire

décrite comme étant des cellules souches. Trois conditions définissent ce qu’est une

population de cellules souches; elle doit être capable de s’auto-régénérer, elle doit présenter

une fonctionnalité et une viabilité à long terme et doit pouvoir se différencier en plusieurs

types de cellules spécialisées (Zuk et al., 2002, Verfaillie, 2002). Plusieurs populations de

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cellules mésenchymateuses contiennent des cellules souches multipotentes, dont la moelle

osseuse (Prockop, 1997, Pittenger et al., 1999, Jiang et al., 2002), le derme (Toma et al.,

2001, Toma et al., 2005) et le cordon ombilical (Wang et al., 2004).

Les CSTA, ou cellules souches/stromales extraites du tissu adipeux, résident dans le

tissu adipeux humain. Ces cellules souches multipotentes décrites pour la première fois en

2001 ont la capacité de se différencier en différents types cellulaires tels que les

chondrocytes, les ostéoblastes, les adipocytes, les cellules neuronales et les cellules

musculaires lisses (Zuk et al., 2001, Safford et al., 2002, Zuk et al., 2002). Près de 2% des

cellules contenues dans le tissu adipeux auraient d’ailleurs des propriétés de cellules

souches (Strem et al., 2005). Les propriétés des CSTA en regard de la guérison des plaies

sont abordées à la section 1.3.2.

1.2 La guérison des plaies cutanées

La peau est un organe volumineux qui est susceptible de subir divers traumatismes

tels que des brûlures, des coupures et des ulcères. Pour être en mesure de réparer et de

résister à ce risque éminent de lésions, elle est munie d’un processus de guérison efficace et

rapide qui lui permet de recouvrir partiellement ou totalement ses fonctions initiales. Ce

processus continu de guérison se divise classiquement en trois phases qui s’entrecroisent,

soit la phase inflammatoire, la phase proliférative et la phase de remodelage.

1.2.1 Physiologie de la guérison

1.2.1.1 La phase inflammatoire

Une lésion traumatique de la peau provoque le bris localisé de l’épiderme et du

derme à un degré variable. Une lésion qui atteint le tissu conjonctif brise également des

capillaires et des vaisseaux de petit calibre. Le sang qui s’échappe et qui entre en contact

avec les tissus lésés forme en quelques minutes seulement un « bouchon plaquettaire »

permettant de stopper le saignement. Au cours des heures suivantes, ce bouchon est

remplacé par une structure de fibrine plus résistante et plus durable. La dégranulation des

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plaquettes de ce bouchon temporaire ainsi que les cellules du tissu conjonctif local

stimulent alors le recrutement de cellules immunitaires telles que les monocytes et les

polynucléaires neutrophiles vers le site de la plaie (Singer et al., 1999). Ces cellules

débarrassent le site des débris cellulaires, des pathogènes et des corps étrangers s’étant

infiltrés par la plaie (Stadelmann et al., 1998). Les monocytes et les macrophages jouent

également un rôle chimiotactique sur les cellules endothéliales et sécrètent des facteurs de

croissance stimulant la prolifération des fibroblastes du derme (Hunt, 1988, Adamson,

2009). Ces mécanismes d’attraction et de nettoyage initient la guérison et préparent la plaie

aux étapes de guérison subséquentes.

1.2.1.2 La phase proliférative

La phase proliférative comprend trois étapes coordonnées assurant la réparation de

tous les compartiments initiaux de la peau. Ces trois processus sont la réépithélialisation, la

formation d’un tissu de granulation et la néo-vascularisation (Fig 1.3).

Figure 1.3 : Schématisation des principales étapes de la guérison des plaies de la peau.

[Figure modifiée de (Martin, 1997)]

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1.2.1.2.1 La réépithélialisation

La réépithélialisation d’une plaie est le phénomène par lequel les kératinocytes

reconstruisent une nouvelle couche épithéliale par des processus de migration, de

prolifération et de différenciation cellulaires. Le but premier de ce processus est de rendre à

la peau ses fonctions de protection contre l’environnement extérieur et

d’imperméabilisation du corps. Elle débute quelques heures seulement après l’apparition de

la plaie (Singer et al., 1999). La production de plasmine par les cellules épithéliales en

marge de la plaie permet une dissolution locale du caillot de fibrine et libère l’espace

nécessaire à la migration des kératinocytes. Simultanément, le taux de mitose des

kératinocytes augmente (Stadelmann et al., 1998). De plus, la désorganisation des

desmosomes et des hémidesmosomes retenant habituellement les kératinocytes en place

permet aux cellules de la marge d’effectuer librement un mouvement latéral dirigé vers la

zone lésée (Singer et al., 1999, Hackam et al., 2002). Les kératinocytes utilisent diverses

intégrines nouvellement synthétisées pour parvenir à s’accrocher au derme et à se déplacer

vers le site de la plaie (Martin, 1997). Ce sont les kératinocytes de la couche basale qui ont

la capacité de migrer. Une étude sur un modèle de culture organotypique montrerait

toutefois un phénomène complémentaire de « saute-mouton » qui permettrait aux

kératinocytes suprabasaux de participer à la migration. Ils passeraient par-dessus les

cellules basales et s’apposeraient à leur tour à la jonction dermo-épidermique (Garlick et

al., 1994, Laplante et al., 2001).

Différentes explications ont été avancées pour comprendre cette capacité des

kératinocytes à reconnaitre le besoin de migrer et de proliférer de manière organisée pour

recouvrir une plaie. La présence d’une zone non recouverte de kératinocytes entrainant un

bris du contact cellule-cellule pourrait suffire à initier la migration et la prolifération

cellulaire (Singer et al., 1999). Des molécules produites localement telles que l’EGF, le

PDGF, le TGFα et β et le KGF pourraient aussi contribuer à activer les processus de

guérison de l’épithélium (Singer et al., 1999, Barrandon et al., 1987, Moulin, 1995).

D’autres molécules telles que la leptine, le VEGF et l’angiopoïétine-1 seraient impliquées

dans le processus de réépithélialisation (tel que revu à la section 1.3.2.1 Sécrétion de

molécules bioactives), mais leur rôle spécifique dans l’initiation de la réépithélialisation

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reste à préciser. Un autre mécanisme suggéré est la modification du potentiel

transépithélial. La création d’une plaie modifie ce potentiel et crée un champ électrique qui

s’aligne vers le centre de la plaie, ce qui pourrait diriger le phénomène de réépithélialisation

(Dube et al., 2010). Enfin, les variations de la concentration d’oxyde nitrique (NO) produit

par les kératinocytes au site de plaie pourraient aussi être un facteur important. Une faible

concentration serait liée à une stimulation de la prolifération tandis qu’une forte présence

réduirait la prolifération et activerait la différenciation (Hackam et al., 2002).

Les zones réépithélialisées reforment progressivement de nouveaux desmosomes et

hémidesmosomes qui serviront d’assise à la formation d’un nouvel épiderme fonctionnel.

Une nouvelle membrane basale se forme par le dépôt de collagène de type IV et de

laminine 5 à la jonction dermo-épidermique (Laplante et al., 2001, Kirfel et al., 2004,

Aumailley et al., 1996). D’abord près des marges et ensuite au centre, la différenciation

des kératinocytes s’active pour former un nouvel épiderme possédant toutes les couches

fonctionnelles initiales (Martin, 1997). Il y a également un déplacement passif des couches

supérieures de la marge de la plaie vers le centre (Laplante et al., 2001).

1.2.1.2.2 La formation du tissu de granulation

La formation d’un tissu de granulation se traduit par le développement d’un

nouveau tissu conjonctif remplaçant celui lésé. Les fibroblastes et les cellules endothéliales

prolifèrent et s’organisent pour progressivement recréer un compartiment dermique

fonctionnel. Les macrophages jouent aussi un rôle important en fournissant plusieurs

facteurs de croissance stimulant l’action des fibroblastes et des cellules endothéliales. Les

fibroblastes synthétisent et organisent alors une nouvelle matrice extracellulaire formée

entre autres de fibres de collagène, de fibres élastiques et de glycosaminoglycanes tels que

l’acide hyaluronique (Singer et al., 1999, Stadelmann et al., 1998).

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1.2.1.2.3 La néovascularisation

Pour soutenir la formation du tissu de granulation, un réseau de capillaires sanguins

est formé par la migration et la prolifération de cellules endothéliales. Des molécules

importantes telles que le bFGF et le VEGF sont liées à l’initiation de cette

néovascularisation (Singer et al., 1999, Stadelmann et al., 1998). Le bFGF est le principal

médiateur de l’angiogenèse durant les premiers jours de guérison tandis que le VEGF

produit par les fibroblastes et les kératinocytes environnants exerce un effet prédominant en

phase de guérison plus avancée (Nissen et al., 1998). D’une manière analogue au

kératinocytes en migration qui dissolvent localement à l’aide de plasmine le caillot de

fibrine lors de la réépithélialisation, les cellules endothéliales stimulent une protéolyse

dirigée du tissu de granulation pour parvenir à créer un nouveau réseau de capillaires

(Martin, 1997).

1.2.1.3 La phase de maturation et de remodelage

Le remodelage du tissu de granulation vers un tissu sain et fonctionnel s’effectue

par un phénomène lent de synthèse et de dégradation des collagènes au sein du derme

(Stadelmann et al., 1998, Singer et al., 1999). Diverses métalloprotéinases caractérisent les

étapes de réorganisation du collagène (Singer et al., 1999). Certains fibroblastes adoptent

un phénotype de myofibroblastes et se contractent pour réduire la superficie de la plaie dès

la deuxième semaine de guérison (Stadelmann et al., 1998, Larochelle et al., 2004,

Tomasek et al., 2002). La solidité de la cicatrice en formation s’accroît au fil des semaines

au rythme de l’accumulation du collagène. Une fois le remodelage terminé, la peau

retrouve environ 70% de sa résistance initiale (Singer et al., 1999).

Dans un contexte physiologique, la guérison d’une plaie est un processus constant et

fiable. Toutefois, plusieurs maladies peuvent influer son déroulement. De fait, le

dérèglement d’un ou plusieurs mécanismes de guérison d’une plaie peut entraîner un retard

et même une chronicisation de la lésion cutanée. Des maladies bien connues, telles que le

diabète et l’insuffisance veineuse, sont à l’origine de problèmes importants de guérison.

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1.2.2 La pathogénie des plaies chroniques

Les plaies chroniques sont causées par différents types de pathologies, tels que des

maladies vasculaires, métaboliques ou neurologiques (Fauci et al., 2008). Malgré des écarts

marqués dans les étiologies pouvant expliquer leur apparition, les conséquences

individuelles et collectives des ulcères qui résultent de ces problématiques de santé se

ressemblent. Les traitements ont aussi beaucoup de points en commun. Ce sont surtout les

personnes âgées qui sont atteintes de plaies chroniques, car l’efficacité de leurs mécanismes

intrinsèques de guérison des plaies est réduite (Mustoe, 2004). Les principales causes

d’ulcération chronique sont les plaies de pression, l’insuffisance artérielle, le diabète et

l’insuffisance veineuse (Brunicardi et al., 2006, Mustoe, 2004). Ces deux dernières seront

abordées plus en détail.

1.2.2.1 Le diabète

Il y avait 1,84 million de personnes atteintes du diabète de type 1 ou 2 dans la

population âgée de plus de 12 ans au Canada en 2010, soit 6,4% de la population générale

(StatCan, 2011). Il est prédit que ce nombre bondira au cours des 15 prochaines années

avec l’augmentation de l’incidence de l’obésité. Au Québec, la proportion de diabétiques

est moindre que dans l’ensemble du pays, mais demeure tout de même alarmante (Aras,

2011). Parmi les patients atteints du diabète, 15% auront un ou plusieurs ulcères au cours

de leur vie (Jeffcoate et al., 2003). Ces lésions sont très majoritairement localisées au

niveau des membres inférieurs (Fig 1.4). Quinze à 27% des ulcères diabétiques conduiront

à une amputation au niveau de l’articulation métatarsophalangienne, de la cheville ou

même du genou (Jeffcoate et al., 2003). Près de 50% des personnes amputées à la suite

d’un ulcère diabétique compliqué décèderont dans les trois années suivant la procédure

(Jeffcoate et al., 2003, Fauci et al., 2008).

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Figure 1.4 : Patient de 60 ans amputé de deux orteils et souffrant d’un ulcère diabétique

classiquement situé à la pointe du deuxième métatarse. [Figure tirée de (Wolff et al., 2005)]

L’une des principales complications du diabète expliquant la formation d’ulcères est

l’apparition progressive d’une neuropathie périphérique. Les pieds sont la première zone

corporelle atteinte par cette destruction des fines fibres nerveuses sensitives. Les personnes

atteintes subissent une réduction de la sensibilité à la douleur ainsi qu’une détérioration de

leur capacité à se situer dans l’espace (proprioception). Elles sont donc davantage sujettes à

subir un traumatisme à leur insu ou à exercer une pression excessive au niveau de leurs

pieds (Fauci et al., 2008). Cette déficience à reconnaitre la douleur augmente le risque de

lésions aiguës au niveau des pieds et augmente par le fait même le risque qu’une plaie

banale devienne un ulcère chronique.

Le diabète provoque également une dégradation de la microvascularisation

corporelle, particulièrement en périphérie. Ce réseau vasculaire endommagé nuit à

l’oxygénation et au transport des substances essentielles au maintien d’une peau intacte

(Jeffcoate et al., 2003). Le diabète amène aussi un dérèglement dans la sécrétion de facteurs

importants dans la guérison des plaies normales. Les personnes diabétiques ont entre autres

des taux de KGF diminués, ce qui pourrait expliquer partiellement les problèmes de

réépithélialisation (Hackam et al., 2002).

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Enfin, le diabète provoque des changements dans l’efficacité et la stabilité du

système immuno-inflammatoire. L’hyperglycémie réduit entre autres la fonctionnalité et la

prolifération des leucocytes (Jeffcoate et al., 2003) et favorise une présence accrue de

substances pro-inflammatoires telles que TNF-α, IL-1 et IL-6 dans le sérum et au site des

plaies des patients diabétiques (Tellechea et al., 2010). Les leucocytes de patients

diabétiques ont également une capacité de chimiotactisme réduite ainsi qu’un défaut à

s’autoactiver (Delamaire et al., 1997). Les plaies chroniques deviennent donc des portes

d’entrée facilement accessibles à des bactéries telles que Staphylococcus aureus à l’origine

de cellulites et d’ostéomyélites ou Clostridium perfringens à l’origine de la gangrène

gazeuse (Fauci et al., 2008, Jeffcoate et al., 2003).

1.2.2.2 L’insuffisance veineuse

L’insuffisance veineuse est un problème du retour sanguin vers le cœur qui se

manifeste principalement au niveau des membres inférieurs. D’ailleurs, plus de la moitié

des cas d’ulcères au niveau des membres inférieurs sont partiellement ou totalement causés

par un problème associé à la circulation veineuse (Gillespie et al., 2010). Elle est rencontrée

plus fréquemment chez les femmes dans un ratio de 2,8 femmes pour 1 homme (Bevis et

al., 2011). Plus de 600000 personnes aux États-Unis souffrent d’un ou de plusieurs ulcères

veineux (Cherubino et al., 2011).

L’accumulation de sang veineux entraine la formation d’œdème chronique au

niveau des pieds, des chevilles et des jambes atteintes. La pression exercée sur les petits

capillaires des tissus par l’œdème diminue la perfusion et favorise la nécrose de la peau

(Loots et al., 1998, Fauci et al., 2008). Les différents facteurs responsables de maintenir

une guérison des plaies normale qui sont transmis par le sang sont alors moins accessibles

localement (Fauci et al., 2008). Cette pression chronique modifie aussi la morphologie des

capillaires et augmente leur perméabilité, les rendant parfois incapables de retenir les

protéines plasmatiques et la fibrine (Loots et al., 1998). L’apparition d’ulcères est souvent

précédée d’une dermatite progressive et ces ulcères sont généralement localisés au niveau

des malléoles externes (Fauci et al., 2008).

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1.2.3 Traitements des plaies cutanées

1.2.3.1 Méthodes de base

Les infections doivent être prises en charge rapidement par un antibiotique

approprié. Un antibiotique topique peut être suffisant, mais le recours à un traitement

systémique est souvent nécessaire (Fauci et al., 2008, Jeffcoate et al., 2003). L’utilisation

systématique d’antibiotiques en présence d’ulcères n’est toutefois pas recommandée,

l’amélioration globale de la guérison étant minime ou nulle en absence d’infection sévère

(O'Meara et al., 2000, Game et al., 2012). Le débridage grossier des tissus nécrosés et la

diminution de la charge exercée sur la plaie font couramment partie du traitement des

ulcères (Bennett et al., 2003, Brunicardi et al., 2006). L’utilisation de bas-pression est une

méthode efficace de favoriser la guérison de plaies causées par l’insuffisance veineuse

(Fauci et al., 2008).

La prévention joue également un rôle de premier plan dans le traitement et la prise

en charge des ulcères chroniques chez les patients à risque. Les principales mesures

recommandées pour réduire le risque de chronicisation des plaies sont de choisir avec soin

des chaussures appropriées, d’effectuer quotidiennement des mesures d’hygiène et une

inspection des pieds, de réduire les comportements à risque de blessures (Ex. marcher pieds

nus) et de consulter rapidement un professionnel en présence d’une blessure (Fauci et al.,

2008). Dans le cas du diabète, un contrôle strict de la glycémie ainsi qu’une réduction des

facteurs de risque cardiovasculaire contribuent à réduire l’incidence des plaies chroniques

(DCCT_Research_Group, 1993, UKPDS_Group, 1998). Globalement, les traitements de

base devraient toujours être employés avant d’avoir recours à des technologies plus

complexes et souvent plus coûteuses (Harding et al., 2002).

1.2.3.2 Pansements synthétiques

Il existe de nombreux types de pansements ou de techniques de traitement des

ulcères diabétiques et veineux. Parmi les technologies disponibles, il est difficile de statuer

sur celles qui devraient être mise de l’avant en premier dans le traitement des ulcères

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diabétiques, tel que conclu par une revue récente et exhaustive des méthodes disponibles

(Game et al., 2012). L’utilisation d’un recouvrement d’hydrocholloïde, combiné ou non à

un antiseptique topique, ou l’utilisation d’un recouvrement dit « sans adhérence »

(pansement muni d’une substance grasse lubrifiante) semble présenter le même profil

d’avantages dans le traitement (Game et al., 2012, Jeffcoate et al., 2009). Notons que

l’utilisation d’une chambre hyperbare semble avoir une efficacité notable et prévient

plusieurs complications graves (Londahl et al., 2010), malgré le fait que cette alternative

coûteuse ne soit pas disponible dans tous les milieux. De plus, les pansements à pression

négative pourraient présenter des avantages dans les délais de guérison, mais

principalement lorsqu’utilisés dans le traitement de plaies postopératoires (Game et al.,

2012, Blume et al., 2008).

1.2.3.3 Pansements cellulaires

Lorsque les options de traitement s’épuisent pour les patients atteints d’ulcères

chroniques, il est possible d’avoir recourt à des alternatives dites cellulaires ou biologiques.

Ces technologies en développement depuis les années 80 commencent à entrer sur le

marché et à faire leurs preuves comme étant cliniquement efficaces et sécuritaires. Une

méta-analyse des différents recouvrements cellulaires commercialement disponibles montre

d’ailleurs une supériorité globale de ces technologies par rapport au traitement

conventionnel et une réduction notable du taux d’infection des plaies chroniques traitées

(Teng et al., 2010).

Le premier tissu reconstruit approuvé et utilisé pour le traitement d’ulcères

chroniques a été Apligraf®. Il a été approuvé pour le traitement des ulcères veineux en

1998 et pour le traitement des ulcères diabétiques en 2000 en démontrant qu’il augmente le

nombre de fermeture complète des plaies (47% versus 19% des contrôles sur 6 mois pour

les ulcères veineux) en plus d’augmenter la vitesse de guérison complète (Zaulyanov et al.,

2007, Falanga et al., 1999). Ces premières utilisations remontent à 1995 comme un

recouvrement potentiel de plaies post-chirurgicales (Eaglstein et al., 1995). Ce

recouvrement bilamellaire est composé de fibroblastes néonataux ensemencés dans une

matrice de collagène bovin de type I recouvert de kératinocytes néonataux. Il s’agit donc

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d’un recouvrement allogénique contenant des cellules vivantes. Son mécanisme d’action est

imprécis, mais il est avancé que l’action de cytokines sécrétées par le pansement telles que

les interférons α et β, le PDGF et certaines interleukines ainsi que la sécrétion de

composantes servant à la formation de matrice extracellulaire seraient à l’origine des effets

bénéfiques d’Apligraf® [revu dans (Zaulyanov et al., 2007, Shevchenko et al., 2010)]. Il est

actuellement le pansement biologique le plus couramment utilisé dans les cliniques

spécialisées de traitement des plaies chroniques et constitue depuis l’étalon de comparaison

dans l’étude d’autres types de pansements cellulaires. La Figure 1.5 A-B illustre

l’utilisation d’Apligraf® pour recouvrir un ulcère chronique.

D’autres pansements cellulaires sont composés d’un seul type cellulaire, dont

Dermagraft®, qui contient uniquement des fibroblastes néonataux. Ces fibroblastes sont

ensemencés dans une matrice de polyglactine dégradable. Ce pansement est actuellement

reconnu efficace pour recouvrir des ulcères veineux et diabétiques (Marston et al., 2003,

Omar et al., 2004). Il agirait favorablement sur la néovascularisation et favoriserait

également la migration des kératinocytes de la marge d’une plaie (Shevchenko et al., 2010).

La manière d’utiliser Dermagraft® en clinique est illustrée à la Figure 1.5 C-D.

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20

Figure 1.5 : Apparence générale des principaux pansements cellulaires disponibles

commercialement. Apligraf® est commercialisé dans un contenant rigide (A) et doit être

appliqué au-delà des marges de la plaie (B), tandis que Dermagraft® est disponible dans

une enveloppe souple et doit être ajusté à la forme de la plaie (D). [Figure modifiée de

(Harding et al., 2002)]

Il existe aussi quelques types de recouvrements cellulaires constitués seulement de

kératinocytes. Les principales caractéristiques de ces pansements, ainsi que celles des

pansements composés de fibroblastes seulement ou d’une combinaison (incluant Apligraf®

et Dermagraft®), sont résumées dans le Tableau 1.1.

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21

Tableau 1.1 : Principaux recouvrements biologiques disponibles en clinique pour le traitement de plaies chroniques. [Tableau traduit

et adapté de(Shevchenko et al., 2010)]

Nom

commercial

(Compagnie)

Représentation

schématique

Type

cellulaire

Source

cellulaire

Source

matricielle

Composition

matricielle Utilisation

Apligraf

(Organogenesis)

K / F Allogénique Xénogénique Collagène

bovin

Temporaire;

ulcères diabétiques

et veineux

OrCel

(Ortec

International)

K / F Allogénique Xénogénique

Éponge de

collagène

bovin

Temporaire;

brûlures surtout

(plaies sans

indication

officielle)

MySkin

(CellTran)

K Autologue Synthétique

Support de

silicone et

enduit de

surface

Permanent;

ulcères diabétiques

et plaies de

pression

BioSeed-S

(BioTissue

Technologies)

K Autologue Allogénique Scellant de

fibrine

Permanent;

ulcères veineux

Dermagraft

(Advanced

Biohealing)

F Allogénique Allogénique et

synthétique

PGA, PLA

et matrice

extracellulaire

Temporaire;

ulcères diabétiques

et veineux

Abréviations : K, kératinocytes; F, fibroblastes; PGA, acide polyglycolique; PLA, acide polylactique.

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22

Le coût de production de pansements partiellement ou entièrement composés de

cellules est élevé et le bénéfice coût-efficacité d’utiliser de telles technologies a été remis

en question par plusieurs auteurs (Dinh et al., 2006, Langer et al., 2009). Des pansements

comme Apligraf® ont un coût unitaire de 28$/cm2 de pansement, ce qui surpasse

grandement le coût d’un pansement plus traditionnel (Shevchenko et al., 2010). Il est donc

important que les sommes sauvées par la réduction de la morbidité et de la durée du

traitement surpassent ces coûts supplémentaires (Dinh et al., 2006). Une revue

systématique récente des deux principaux pansements cellulaires commercialisés

(Apligraf® et Dermagraft®) conclut que ces deux types de pansement ont un ratio coût-

efficacité favorable lorsqu’utilisés chez des patients correctement sélectionnés (Langer et

al., 2009), c’est-à-dire des patients pour qui une démarche de recouvrement de plaie

traditionnelle prolonge notablement la durée du traitement. Le marketing, la disponibilité et

la facilité d’utilisation (souvent décrit en anglais comme étant le « off-the-shelf use ») et la

capacité de production de masse sont également des facteurs importants du succès

commercial de ces pansements (Mansbridge, 2006).

Il existe d’autres types de recouvrement ne contenant pas de cellules vivantes, mais

plutôt une matrice biologique servant à aider les mécanismes de guérison du corps à rebâtir

le site d’une plaie. Une étude récente comparant les bénéfices d’utiliser une matrice de

collagène nommée PriMatrix® en comparaison à l’utilisation d’Apligraf® conclut que la

matrice appliquée de manière permanente au site de la plaie a permis de favoriser la

guérison plus rapidement qu’Apligraf®, quoique les deux méthodes se soient avérées

efficaces (Karr, 2011). Les différentes matrices à l’étude en guérison des plaies sont revues

de manière extensive par Shevchenko et al (Shevchenko et al., 2010).

Certaines équipes de recherche envisagent de combiner les stratégies ayant un

potentiel de promouvoir la guérison des plaies. En plus de concevoir un recouvrement ou

une matrice contenant des cellules, ils proposent de modifier génétiquement ces cellules

afin de les rendre productrices de molécules pro-angiogéniques ou de molécules favorables

à la réépithélialisation. Ces stratégies de thérapie génique ont été revues par Branski et plus

récemment par Gauglitz (Branski et al., 2009, Gauglitz et al., 2011).

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23

1.3 Étude de la guérison des plaies cutanées et potentiel des

cellules souches extraites du tissu adipeux (CSTA)

Afin de décrire les mécanismes de guérison de la peau et d’étudier des pistes de

solution en ce qui a trait au traitement des ulcères chroniques, des études in vitro et in vivo

sont nécessaires avant d’envisager une transition clinique. Divers modèles ont été mis au

point pour permettre des recherches fondamentales représentatives de la guérison humaine.

Les cellules souches extraites du tissu adipeux ont d’ailleurs été l’objet de plusieurs études

visant à caractériser leur potentiel à favoriser la guérison d’une plaie, entre autres par

l’utilisation de tels modèles. Les propriétés sécrétoires des CSTA et des adipocytes

présentent également un potentiel prometteur afin de favoriser la guérison des plaies. Ces

cellules constituent une avenue intéressante dans la création de technologies servant à

guérir des plaies chroniques.

1.3.1 Modèles animaux de la guérison des plaies cutanées

L’utilisation de modèles animaux est largement répandue dans l’évaluation de

méthodes de traitement des plaies ainsi que dans l’étude des différentes phases de la

guérison. Il existe plusieurs techniques afin de recréer un environnement se rapprochant au

maximum de la guérison physiologique des plaies humaines. Il est possible de recréer des

conditions pathologiques par des interventions locales ou systémiques chez des animaux,

tels que l’induction d’un diabète insulinorésistant ou l’ischémie locale.

La souris demeure l’animal le plus fréquemment utilisé en raison de son

accessibilité et de la variété des types disponibles commercialement. Afin d’évaluer

l’impact de différentes interventions voulant favoriser la guérison des plaies, plusieurs

types de souris ont été utilisés jusqu’à ce jour. Plus spécifiquement pour l’étude du

potentiel de guérison des CSTA, certaines études ont utilisé des souris athymiques (Kim et

al., 2007) et d’autres des souris diabétiques db/db (Nambu et al., 2009, Amos et al., 2010).

Ces dernières ont une mutation génétique rendant le récepteur de la leptine inefficace, ce

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24

qui provoque une prise de poids rapide, l’induction d’un diabète insulinorésistant dès les

premières semaines de vie et une diminution de leurs capacités de guérison.

D’autres stratégies afin d’altérer la guérison normale des souris ont été explorées au

cours des dernières années. L’irradiation est une méthode permettant d’atténuer les

mécanismes de régénération locaux et systémiques par une destruction importante de la

moelle osseuse, méthode déjà utilisée pour l’évaluation d’injections intraveineuses de

CSTA (Ebrahimian et al., 2009). Une autre technique consiste à provoquer l’ischémie

locale du tissu cutané. Elle consiste à implanter chirurgicalement un aimant circulaire sous

la peau d’une souris et d’ajouter en surface un second aimant de force variable. Selon la

durée de la présence de l’aimant et la pression créée sur le tissu, une plaie se forme

graduellement au centre secondairement au manque de perfusion (Reid et al., 2004, Fang et

al., 2008). Des souris athymiques sont également utilisées pour évaluer certains

recouvrements de CSTA (Altman et al., 2009), malgré que ce type de souris ne présente pas

d’anomalie franche dans les mécanismes de guérison. Elles sont utiles pour l’évaluation de

xénogreffes humaines et permettent l’étude détaillée de certains mécanismes de guérison

tels que l’angiogenèse à l’aide de cellules marquées (Davidson, 1998).

Peu importe le type de souris utilisé, il faut tenir compte des mécanismes

particuliers de la guérison cutanée des rongeurs afin que les plaies produites s’apparentent à

celle de l’humain. Les rongeurs possèdent globalement les mêmes phases de guérison

décrites précédemment, mais le phénomène de contraction de la plaie est prédominant

parmi les divers mécanismes (Davidson, 1998, Hayward et al., 1991, Fang et al., 2008).

Près de 90% de la fermeture d’une lésion cutanée chez les rongeurs serait attribuable à la

contraction (Hayward et al., 1991). Il est donc primordial de contrôler cette variable pour

préserver la validité du modèle. L’une des techniques les plus répandues dans la littérature

récente consiste à fixer à la peau une « attelle » faite de silicone ayant une forme de beigne.

Une fois la plaie faite, le dispositif est centré autour de la plaie, collé à la peau et fixé par

des sutures afin de supporter les marges de la plaie et retenir la force de contraction. Cette

technique simple permet l’étude plus juste du phénomène de réépithélialisation autant chez

les souris saines que diabétiques d’après une étude détaillée de la technique (Galiano et al.,

2004). Contrairement aux chambres de Fusenig utilisées dans l’évaluation de greffe cutanée

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25

chez le rongeur (Worst et al., 1974), cette méthode assure le support des tissus environnants

tout en permettant à l’épiderme au pourtour de la plaie de refermer la plaie avec un

minimum de contraction.

Le porc est également un modèle intéressant pour l’étude de la guérison des plaies.

Le porc Yorkshire est probablement le modèle d’étude se rapprochant le plus des

mécanismes de guérison de la peau humaine, particulièrement dans l’étude de la

réépithélialisation (Vardaxis et al., 1997, Wang et al., 2000, Fang et al., 2008). La

contraction est peu présente et les phénomènes de granulation et de réépithélialisation

s’approchent de ceux chez l’humain. La principale limite de ce modèle est technique; les

coûts d’hébergement et d’achat des animaux ainsi que le nombre limité d’animaux pouvant

être utilisés rendent la validité statistique des études limitée (Davidson, 1998). Malgré ces

limites, le porc permet de produire de multiples plaies par animal et constitue un modèle de

choix dans l’étude de la réépithélialisation. Le porc a d’ailleurs déjà été utilisé pour l’étude

des CSTA dans le traitement de plaies cutanées (Fu et al., 2007, Forcheron et al., 2012,

Hadad et al., 2010)

Un autre modèle utilisé est l’oreille de lapin ischémique. En procédant à la ligature

de deux des trois principales artères d’une oreille, il est par la suite possible de créer des

plaies se comportant comme des ulcères chroniques (Steinberg et al., 2012, Ahn et al.,

1990). Certains auteurs choisissent d’effectuer des plaies sur le lapin normal plutôt que la

souris normale puisque la contraction y serait moins importante (Stoff et al., 2009).

1.3.2 Potentiel des cellules du tissu adipeux en guérison des plaies

cutanées

Les cellules souches extraites du tissu adipeux sont actuellement utilisées dans

plusieurs domaines liés à la médecine régénératrice. Elles présentent l’avantage technique

d’être une source abondante de cellules souches et facilement accessible. Elles sont entre

autres utilisées expérimentalement dans la reconstruction orthopédique (Rada et al., 2009)

et urologique (Jack et al., 2009). Elles font également l’objet d’études cliniques dans le

traitement des fistules anales (Garcia-Olmo et al., 2009).

Page 44: Évaluation de l'impact de nouveaux pansements biologiques sur la guérison de … · 2018-04-24 · v Remerciements Ce mémoire est d’abord le résultat d’une collaboration solide

26

Les CSTA font également l’objet de beaucoup d’attention dans le traitement des

plaies cutanées, dont les ulcères diabétiques et veineux. Différentes techniques

d’administration des CSTA sont actuellement à l’essai, tel que revu récemment par

Cherubino (Cherubino et al., 2011) et par notre propre équipe (Labbé et al., 2011b). La voie

d’administration la plus fréquemment utilisée dans la littérature est l’application locale

d’une suspension contenant des CSTA ou l’injection locale de celles-ci (Nie et al., 2011,

Stoff et al., 2009, Lim et al., 2010, Lu et al., 2008, Park et al., 2008, Steinberg et al., 2012,

Amos et al., 2010, Maharlooei et al., 2011). D’autres équipes ont plutôt misé sur la

possibilité de manipuler le véhicule servant à administrer les CSTA. Notons entre autres

l’utilisation de matrices de collagène (Nambu et al., 2009, Nambu et al., 2007), de matrices

faites d’une combinaison collagène-élastine (de Vries et al., 1995) ou de matrices de

fibroïne-chitosane (Altman et al., 2009). Jusqu’à ce jour, très peu d’études proposent une

matrice manipulable et exempte de biomatériau exogène pour mettre une plaie en contact

avec des CSTA ou des adipocytes.

De nombreux auteurs concluent qu’il existe un effet bénéfique notable d’appliquer

des CSTA à une plaie. Parmi ceux-ci, Nie et al. conclut que les cellules souches extraites

du tissu adipeux auraient des effets bénéfiques sur les phénomènes de réépithélialisation

ainsi que sur la formation d’un tissu de granulation, lorsqu’injectées au site d’une plaie. Les

effets ont été observés sur des plaies de rats diabétiques, mais aussi de rats non-diabétiques

(Nie et al., 2011). Cette même étude montre également que les cellules souches sécrètent

des cytokines qui favoriseraient la néovascularisation au site d’une plaie tel que le VEGF

(Nie et al., 2011). Maharlooei et al. a également obtenu des résultats similaires, mais sans

conclure que cet effet bénéfique à la guérison est médié par une vascularisation accrue.

L’effet bénéfique serait attribuable à un autre mécanisme pour le moment inconnu.

Les cellules souches extraites du tissu adipeux agiraient également sur la

prolifération des fibroblastes du derme. Le contact direct entre ces deux types cellulaires

ainsi que les effets paracrines des CSTA favoriseraient le rétablissement du compartiment

dermique dans un contexte de guérison de plaie (Kim et al., 2007). Ces résultats ne sont

toutefois pas confirmés par Maharlooei qui observe une légère baisse du taux de

prolifération des fibroblastes du derme (Maharlooei et al., 2011).

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27

La plupart des études comparant l’effet des CSTA en guérison des plaies utilisent le

véhicule seul ou un placebo comme comparatif afin de conclure de l’efficacité. Deux études

récentes ont utilisé des fibroblastes dermiques à titre de comparatif, jugeant qu’il s’agit

probablement du contrôle se rapprochant le plus de l’utilisation actuelle de thérapies

cellulaires (décrites dans la section Pansements cellulaires 1.2.3.3) (Steinberg et al., 2012,

Nie et al., 2011). Dans ces deux études, Nie démontre la supériorité des CSTA par rapport

aux fibroblastes pour favoriser la fermeture de plaies chroniques tandis que Steinberg

conclut que leurs effets s’équivalent (Nie et al., 2011, Steinberg et al., 2012).

1.3.2.1 Sécrétion de molécules bioactives

Les cellules souches extraites du tissu adipeux présentent un potentiel important

pour favoriser la guérison de plaies chroniques. Ces cellules se caractérisent par leur

capacité à produire une quantité notable de substances favorisant la réépithélialisation, la

prolifération des cellules du derme ainsi que l’angiogenèse (Cherubino et al., 2011). Des

molécules produites par les adipocytes ont également un potentiel notable pour favoriser la

fermeture de plaies. Parmi ces substances, la leptine, le VEGF et l’angiopoïétine-1

présentent un intérêt particulier pour leurs effets multiples dans le processus de guérison.

1.3.2.1.1 Leptine

La leptine occupe une place importante dans la physiologie adipeuse et constitue

une molécule d’intérêt dans la compréhension de l’obésité et de ses effets depuis sa

découverte en 1994 (Friedman et al., 1998, Auwerx et al., 1998, Zhang et al., 1994). La

leptine agit sur le contrôle de la satiété au niveau de l’hypothalamus. Lorsque sécrétée, elle

diminue la faim et augmente la lipolyse ayant lieu dans les réserves adipeuses. Elle majore

aussi à la hausse la sensibilité des cellules à l’insuline. Une mutation de son récepteur

entraine chez la souris comme chez l’homme une obésité importante (Mantzoros et al.,

2011). Cette observation a d’ailleurs donné lieu à divers modèles pour l’étude de l’obésité,

du métabolisme des lipides et de la guérison des plaies (tel que revu dans la section 1.3.1).

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28

La leptine a aussi fait l’objet d’études sur son rôle dans la guérison des plaies de la

peau. Elle serait un facteur important dans la réépithélialisation des plaies chez les souris

diabétiques. L’administration topique et systémique de leptine chez ces animaux réduirait

entre autres l’atrophie des langues de migration aux marges de la plaie, favorisant ainsi une

fermeture plus rapide des lésions (Frank et al., 2000, Ring et al., 2000). Les kératinocytes

en marge d’une plaie seraient d’ailleurs particulièrement sensibles à la leptine grâce à un

sous-type de récepteur (ObRb) exprimé durant la guérison d’une plaie (Frank et al., 2000).

L’application topique de leptine aurait également un effet favorable sur les plaies non

diabétiques (Frank et al., 2000).

La sécrétion locale de leptine est augmentée durant la guérison, suggérant que la

leptine aurait potentiellement un effet de régulateur dans les mécanismes physiologiques

(Murad et al., 2003, Poeggeler et al., 2010). La leptine agirait sur l’épithélium en guérison

en favorisant entre autres la production de VEGF (Stallmeyer et al., 2001). Les cellules

endothéliales seraient également influencées par la présence de leptine, favorisant ainsi

positivement l’angiogenèse associée à la guérison cutanée (Poeggeler et al., 2010, Liapakis

et al., 2008).

1.3.2.1.2 VEGF

Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire, ou VEGF, est une protéine

principalement impliquée dans la migration et la prolifération endothéliale lors de la genèse

de nouveaux vaisseaux sanguins (Ferrara et al., 2003). Elle est surtout produite par les

cellules endothéliales, mais elle est également retrouvée dans le sécrétome des cellules

stromales (Rehman et al., 2004) et des adipocytes du tissu adipeux (Rega et al., 2007).

En plus de l’effet angiogénique du VEGF qui contribue à la guérison des plaies, la

molécule aurait un effet direct sur les kératinocytes en guérison. Les kératinocytes seraient

munis de récepteurs VEGFR-1 et VEGFR-2 sur leur membrane cytoplasmique. En

exposant les kératinocytes en monocouche à du VEGF, il y aurait augmentation du taux de

prolifération et de la vitesse de migration (Man et al., 2006). L’effet du VEGF en guérison

Page 47: Évaluation de l'impact de nouveaux pansements biologiques sur la guérison de … · 2018-04-24 · v Remerciements Ce mémoire est d’abord le résultat d’une collaboration solide

29

des plaies serait donc médié par deux mécanismes, c’est-à-dire en agissant à la fois sur

l’angiogenèse et directement sur les kératinocytes.

1.3.2.1.3 Angiopoïétine-1

L’angiopoïétine-1 est un facteur de croissance vasculaire sécrété entre autres par les

cellules stromales adipeuses (Nakagami et al., 2006) et les adipocytes (Dallabrida et al.,

2003). Il y a une production endogène accrue d’angiopoïétine-1 autant dans les plaies de

souris normales que de souris diabétiques (Kampfer et al., 2001). L’application

d’angiopoïétine-1 exogène sur des plaies chez la souris diabétique accélèrerait la vitesse de

fermeture des plaies en augmentant la vitesse de régénération du derme et de l’épiderme.

Cet effet serait médié entre autres par une angiogenèse accrue (Cho et al., 2006).

1.3.3 Peaux reconstruites et contribution du génie tissulaire (méthode

d’auto-assemblage)

La méthode d’auto-assemblage est une technique de culture cellulaire in vitro

favorisant la production et l’organisation de matrice extracellulaire endogène et permettant

de créer des tissus manipulables tridimensionnels. Il s’agit d’une technique d’intérêt à la

fois pour la création de modèles d’études de la peau humaine de même que pour

l’utilisation des CSTA sous la forme de tissus manipulables.

La culture en présence de sérum et de vitamine C permet ainsi de produire des tissus

reconstruits totalement humains et exempts de biomatériau synthétique ou exogène

(L'Heureux et al., 1998). Cette technique a été utilisée pour la reconstruction cutanée et

permet d’obtenir des peaux reconstruites représentatives de la peau normale humaine

(Pouliot et al., 2002, Michel et al., 1999). Ces peaux ou substituts cutanés sont dotés d’un

derme reconstruit à partir de fibroblastes sur lesquels des kératinocytes sont ensemencés et

stimulés à former un épiderme présentant une couche cornée. La peau produite présente

histologiquement toutes les couches épidermiques et exprime aux endroits appropriés des

marqueurs tels que la kératine 10 et le collagène de type IV.

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30

Un modèle in vitro de réépithélialisation des plaies cutanées humaines a été

développé au LOEX à partir de ces substituts cutanés (Laplante et al., 2001)et a été utilisé

précédemment dans l’étude de la réépithélialisation (Dube et al., 2010). Il consiste à réaliser

une plaie circulaire sur une peau reconstruite et d’apposer par la suite un feuillet migratoire

de fibroblastes dermiques sous la plaie pour permettre aux kératinocytes de proliférer et de

migrer vers le site de la plaie. Le modèle est entièrement conçu à partir de cellules

humaines. Il est possible à partir de photos macroscopiques de visualiser avec une bonne

précision le front de migration des kératinocytes (Laplante et al., 2001).

La méthode d’auto-assemblage a également été adaptée à la culture des cellules

stromales extraites du tissu adipeux par l’équipe de Dre Fradette au LOEX. Cette technique

permet de produire des stromas à partir de CSTA sur lesquels des kératinocytes peuvent

être ensemencés pour former des substituts cutanés (Trottier et al., 2008). La technique

adaptée, qui consiste à procéder à l’induction des CSTA vers la lignée adipeuse tout en

stimulant la production de matrice, permet la création de substituts adipeux manipulables

reconstruits à partir de CSTA (Vermette et al., 2007). Elle permet également la

reconstruction de peaux tricouches, c’est-à-dire dotée d’un hypoderme sous le derme et

l’épiderme (Trottier et al., 2008). La technique d’auto-assemblage adaptée permet donc de

produire des tissus manipulables contenant des adipocytes matures à partir de CSTA, et ce,

sans l’ajout de biomatériau exogène. L’épaisseur de ces tissus peut être ajustée par le

regroupement de plusieurs feuillets cellulaires cultivés individuellement.

Page 49: Évaluation de l'impact de nouveaux pansements biologiques sur la guérison de … · 2018-04-24 · v Remerciements Ce mémoire est d’abord le résultat d’une collaboration solide

31

1.4 Problématique, hypothèse et objectifs

Malgré les récentes avancées dans le traitement des plaies chroniques, de nombreux

patients demeurent dans l’incapacité de reprendre un niveau de fonctionnement optimal en

raison de plaies persistantes. La chronicité de ces lésions prolonge les temps

d’hospitalisation et expose les patients à plusieurs complications sévères passant de

l’infection à l’amputation. Dans un contexte épidémiologique où la prévalence du diabète et

de ses complications immédiates ne cessent d’augmenter, la diversité des options

thérapeutiques et leur efficacité à permettre la guérison de plaies cutanées chroniques sont

une préoccupation clinique importante.

L’étude de la guérison des plaies est complexe et nécessite l’utilisation de modèles

d’étude afin de décortiquer les mécanismes qui la sous-tendent et de les évaluer. La

reconstruction tissulaire par la méthode d’auto-assemblage est une stratégie intéressante

afin de produire des peaux permettant l’étude de la guérison cutanée. Les connaissances

actuelles sur la formation et la structure normale de la peau permettent entre autres

d’utiliser ce modèle dans l’évaluation détaillée de la guérison.

Les cellules souches extraites du tissu adipeux (CSTA) possèdent des propriétés les

rendant attrayantes en guérison de plaie cutanée. En plus d’être une source cellulaire

abondante et disponible, les CSTA et les adipocytes ont montré être favorables au

processus de guérison par leurs sécrétions protéiques. Des tissus conjonctifs ou adipeux

peuvent d’ailleurs être produits par auto-assemblage à partir de CSTA sans ajout de

biomatériau exogène, ce qui pourrait permettre la création de technologies efficaces et

facilement disponibles en clinique (« off-the-shelf »).

L’hypothèse de travail est que les CSTA différenciées ou non in vitro en

adipocytes et utilisées sous la forme de pansements biologiques produits par génie tissulaire

favoriseront la guérison de plaies cutanées in vitro de manière comparable ou supérieure à

des pansements formés de fibroblastes dermiques. L’utilisation de CSTA pour former des

pansements influencerait positivement la formation d’un nouvel épiderme par rapport aux

fibroblastes dermiques qui sont actuellement utilisés pour former les pansements

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32

biologiques disponibles commercialement. La présence d’adipocytes dans les pansements

serait également bénéfique sur la réépithélialisation par le biais du sécrétome produit

localement.

Le premier objectif spécifique poursuivi est de produire par génie tissulaire des

pansements biologiques humains facilement manipulables et pouvant aisément servir de

recouvrement pour une plaie cutanée. La composition des pansements sera évaluée

macroscopiquement, microscopiquement et par des coupes histologiques. La capacité des

pansements à produire des molécules bioactives favorables à la guérison des plaies sera

quantifiée à l’aide de dosages protéiques de type ELISA. La conception d’un modèle de

guérison des plaies adapté à l’étude de pansements biologiques permettra également de

décrire l’utilisation en plus de permettre leur évaluation plus détaillée.

Le second objectif spécifique poursuivi est de comparer le potentiel des

pansements biologiques produits à favoriser la fermeture d’une plaie cutanée in vitro en

mesurant et en comparant la progression de la réépithélialisation selon le type de pansement

appliqué. Des photos macroscopiques permettront de mesurer et de comparer la cinétique

de guérison des plaies selon le pansement utilisé. Des colorations histologiques et

immunohistochimiques permettront de caractériser le processus de réépithélialisation.

Les pansements biologiques constitués de CSTA et conçus par génie tissulaire

constituent une avenue intéressante pour le traitement d’ulcères et de plaies chroniques. Ils

s’ajouteraient à l’arsenal thérapeutique actuel et permettront peut-être de traiter plus

facilement les atteintes cutanées réfractaires. Les CSTA pourraient constituer une

alternative intéressante et accessible pour optimiser la production actuelle de pansements

cellulaires. Le projet représente ainsi un espoir supplémentaire vers l’élaboration de

technologies cliniques efficaces pour accélérer la guérison des plaies.

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2 Chapitre 2 - Matériel et méthode

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2.1 Production de peaux bilamellaires humaines reconstruites

in vitro par auto-assemblage

Les étapes menant à la production de peaux bilamellaires humaines reconstruites in

vitro par auto-assemblage sont illustrées à la Figure 2.1. Les cellules utilisées pour la

production de peaux reconstruites, de feuillets migratoires dermiques et de pansements

biologiques ont été prélevées des tissus de donneurs sains ayant consenti de manière libre à

une procédure chirurgicale esthétique. Les donneurs ont consenti à ce que leurs tissus

résiduels soient utilisés dans le cadre du projet de recherche approuvé par le comité

d’éthique du Centre Hospitalier Affilié (CHA).

2.1.1 Production du derme des peaux reconstruites

Un traitement à la thermolysine est effectué sur les biopsies de peau prélevées. Cette

technique permet de séparer l’épiderme du derme et de subséquemment mettre en

suspension les cellules de chaque compartiment (Larouche et al., 2009, Auger et al., 1995,

Germain et al., 1993). Des fibroblastes sont ainsi isolés du compartiment dermique tandis

que des kératinocytes sont extraits du compartiment épidermique. Les cellules sont

congelées dans l’azote liquide au passage 0 et sont disponibles pour une utilisation

prochaine. Le Tableau 2.1 décrit les différentes populations cellulaires utilisées pour la

production de dermes reconstruits.

Tableau 2.1 : Populations cellulaires de fibroblastes utilisés pour la production de dermes

reconstruits et de feuillets migratoires.

Population

cellulaire Âge Sexe

Passage

utilisé Contexte d’utilisation

Fibro♀21 21 ans Femme P4 Étude pilote

F150698♀25 25 ans Femme P4-P5 Première, deuxième et troisième étude

Des fibroblastes sont décongelés et ensemencés dans des flacons Nunc© de 75 cm2 à

une densité de 8 x 103 cellules/cm2 pour procéder à leur amplification. Des comptes au

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bleu de trypan permettent de déterminer le nombre de cellules et la viabilité de celles-ci

avant l’ensemencement. Les cellules sont cultivées durant sept jours dans un milieu

d’expansion 1:1 Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DME) : Ham’s F12 (H) medium

(Invitrogen, Burlington, ON, Canada) additionné de 10% de sérum de veau fœtal (SVF,

Hyclone, Logan, UT, USA) et d’antibiotiques (100 UL/ml pénicilline et 25 µg/mL

gentamicine, Sigma-Aldrich, St. Louis, MI, USA). Ce milieu est utilisé uniformément pour

la culture des fibroblastes et des CSTA servant aux pansements ainsi que pour la culture

des fibroblastes des peaux reconstruites et des feuillets migratoires. Les cellules à

confluence sont alors trypsinées et des comptes au bleu de trypan et au Coulter (Coulter

Counter, Beckman Coulter, FL, USA) sont effectués pour déterminer à nouveau le nombre,

la viabilité et la grosseur des cellules. Les cellules sont incubées à 37°C dans 8% de CO2 et

les milieux de culture sont changés tous les deux ou trois jours.Ces étapes d’amplification

sont répétées jusqu’au passage 3 ou 4 pour obtenir suffisamment de cellules.

Les fibroblastes sont ensuite trypsinés et ensemencés (1,56 x 104 cellules/cm2)dans

des plaques six puits Nunc (VWR international, Mississauga, Ont, Canada, puits de 9,6

cm2) contenant un ancrage de papier filtre (Whatman, Fisher Scientific, Ottawa, Ont,

Canada) (Labbé et al., 2011a). Des lingots en acier inoxydable sont ajoutés quelques heures

suivant l’ensemencement pour maintenir l’ancrage au fond du puits. Les ancrages rendent

les feuillets plus faciles à manipuler (superficie interne de l’ancrage de 3,5 cm2/feuillet) et

préviennent la contraction des cellules (Lopez Valle et al., 1992). Les cellules sont cultivées

dans le même milieu de culture que lors de l’amplification pour une durée de 28 jours, à

l’exception qu’il est additionné de 50 µg/mL (250 µM) d’acide ascorbique (Sigma) préparé

du jour dans le but de stimuler la production et l’organisation de la matrice extracellulaire

(L'Heureux et al., 1998, Michel et al., 1999). Les milieux de culture sont changés tous les

deux ou trois jours dans des conditions d’incubation similaire à l’étape d’amplification.

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Figure 2.1 : Étapes de production de peaux bilamellaires reconstruites in vitro.

Après 28 jours en culture, les fibroblastes ont formé des feuillets cellulaires

manipulables qui peuvent être empilés. Pour recréer le compartiment dermique de la peau

reconstruite, deux feuillets sont empilés et brochés ensemble par l’ancrage en conservant

l’orientation originale. Cet empilement de feuillets a pour but de produire un tissu plus

épais. Un anneau d’ensemencement, deux éponges faites de Merocel© et trois petits poids

en acier sont ajoutés sur chaque empilement pour assurer une meilleure cohésion des

feuillets entre eux. Après 24 heures, les Merocel© et l’anneau sont retirés et les petits poids

sont placés sur l’ancrage pour maintenir l’empilement immergé dans le milieu de culture.

L’empilement demeure en culture pour trois jours dans un pétri contenant du milieu

d’expansion additionné d’acide ascorbique avant d’être utilisé comme support à

l’ensemencement des kératinocytes.

2.1.2 Production de l’épiderme des peaux reconstruites

Parallèlement, des kératinocytes sont décongelés et ensemencés dans des flacons

Nunc© de 75 cm2 à une densité de 6,6 x 103 cellules/cm2 pour procéder à leur

amplification. Ils sont ensemencés conjointement à des 3T3 irradiés de souris à une densité

de 2 x 104 cellules/cm2 qui servent de couche nourricière aux kératinocytes en culture

(Green et al., 1979). Les cellules sont cultivées dans un milieu pour kératinocytes décrit au

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Tableau 2.2. Les conditions d’incubation sont les mêmes que pour les fibroblastes et les

milieux de culture sont changés tous les deux ou trois jours.Habituellement après cinq jours

de culture, les kératinocytes ont atteint une confluence de 80% et sont trypsinés. Un anneau

d’ensemencement est alors placé sur chaque empilement de fibroblastes (derme reconstruit)

pour permettre l’ajout de 8 x 105 kératinocytes par peau, soit 2,3 x 105 cellules/cm2. Cette

étape est effectuée au troisième jour suivant l’empilement des feuillets dermiques. Pour

permettre la prolifération des kératinocytes, la peau est laissée en culture immergée pendant

sept jours dans un milieu pour kératinocytes additionné d’acide ascorbique (50 µg/ml).

Tableau 2.2 : Composition du milieu de culture pour kératinocytes. [Traduit de (Larouche

et al., 2009)]

Composante Concentration

3:1 DME : Ham’s F12 medium (Invitrogen) 95% (v/v)

Sérum Fetal clone II (Hyclone) 5% (v/v)

Insuline (Sigma) 5 g/mL

Hydrocortisone (Calbiochem, San Diego, CA) 0.4 g/mL

Toxine du cholera (Sigma) 10-10 M

EGF (Austral Biologicals, San Ramon, CA, USA) 10 ng/mL

Pénicilline G et gentamicine (Sigma) Pénicilline G 100 IU/mL

Gentamicine 25 mg/mL

Abréviations : DME, Dulbecco’s modified Eagle’s medium; EGF, Epithelial growth factor.

Les peaux sont ensuite placées à l’interface air-liquide durant 14 jours pour

permettre une différenciation appropriée des kératinocytes de l’épiderme. Les peaux sont

déposées sur de petites tables en plastique conçues pour permettre au derme d’être en

contact avec le milieu de culture et à l’épiderme d’être en contact avec l’air. Une plaque de

plastique dotée d’un trou au centre et deux poids sont placés par-dessus l’ancrage pour

maintenir la peau en place (Dube et al., 2010). L’EGF normalement contenu dans le milieu

de culture pour kératinocytes est retiré pour favoriser la différenciation plutôt que la

prolifération cellulaire. Les peaux sont incubées à 37°C dans 8% de CO2 et les milieux de

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culture sont changés tous les deux ou trois jours. Au septième des 14 jours de culture à

l’interface air-liquide, les peaux sont soulevées et replacées sur les tables pour prévenir

l’adhésion. Le temps total de production d’une peau reconstruite depuis l’étape

d’ensemencement en plaque des fibroblastes est de 52 jours en utilisant la technique

présentée.

2.2 Production de feuillets migratoires dermiques

Des fibroblastes dermiques sont décongelés et ensemencés dans des flacons Nunc©

de 75 cm2 à une densité de 8 x 103 cellules/cm2 pour procéder à leur amplification suivant

les mêmes étapes que celles décrites à la section 2.1 pour les fibroblastes servant à la

reconstruction du compartiment dermique. Au passage 4 ou 5, les fibroblastes sont

trypsinés et ensemencés en plaque. Ils sont gardés en culture pendant 28 jours dans un

milieu d’expansion additionné d’acide ascorbique (50 µg/ml) pour former des feuillets

manipulables (comme à la section 2.1). Chaque feuillet individuel peut alors être utilisé

comme feuillet migratoire sous une plaie (tel que décrit à la section 2.4).

2.3 Production de pansements biologiques

Les étapes menant à la production de pansements biologiques sont illustrées à la

Figure 2.2. Des cellules stromales/souches extraites du tissu adipeux (CSTA) sont

prélevées du lipoaspirat obtenu de patientes subissant une intervention esthétique. Par une

technique de digestion à la collagénase précédemment décrite (Zuk et al., 2001, Hauner et

al., 1989), des CSTA sont extraites et mises en culture pour sept jours. Les cellules sont

alors trypsinées, congelées dans l’azote liquide au passage 0 et disponibles pour une

utilisation prochaine. Des fibroblastes dermiques ont été extraits d’une biopsie de peau

prélevée lors d’une lipectomie par une technique similaire de digestion à la collagénase

(Trottier et al., 2008) et congelés dans l’azote jusqu’à leur utilisation. Les populations

cellulaires utilisées ont été décongelées d’une banque préalablement produite au sein de

l’équipe de Dre Fradette. Le Tableau 2.3 décrit les différentes populations cellulaires

utilisées pour la production de pansements biologiques.

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Tableau 2.3 : Populations cellulaires de CSTA et de fibroblastes utilisées pour la

production de pansements biologiques.

Population

cellulaire Âge Sexe

Passage

utilisé Contexte d’utilisation

200705FLP♀33

(Fibroblastes) 33 ans Femme P3

Pilote, deuxième et troisième

étude

200705LA♀33 (CSTA)

33 ans Femme P3 Pilote, deuxième et troisième

étude

070207LA♀36 (CSTA)

36 ans Femme P3 Première étude

Les CSTA et les fibroblastes sont décongelés et ensemencés respectivement dans

des flacons Nunc© de 75 cm2 à une densité de 8 x 103 cellules/cm2 pour procéder à leur

amplification. La technique de culture et le milieu d’expansion utilisés sont similaires à ce

qui a été précédemment décrit à la section 2.1 pour les fibroblastes dermiques servant à la

production de la peau reconstruite. Ces étapes d’amplification sont répétées jusqu’au

troisième passage pour les CSTA ainsi que les fibroblastes dermiques.

Figure 2.2 : Étapes de production de pansements biologiques en fonction du type cellulaire

utilisé.

Les CSTA et les fibroblastes sont ensuite trypsinés et ensemencés (1,56 x 104

cellules/cm2) dans des plaques six puits Nunc© (VWR International) avec un ancrage de

papier filtre (Whatman). Les feuillets cellulaires destinés à créer des pansements de CSTA

et des pansements de fibroblastes sont mis en culture en utilisant les mêmes techniques

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servant à concevoir le derme des peaux reconstruites à la section 2.1. Les cellules sont

cultivées pour une durée de 28 jours et additionnées de 50 µg/mL (250 µM) d’acide

ascorbique préparé du jour.

Pour les CSTA destinées à former des pansements adipeux, la technique

d’ensemencement est similaire à celle précédemment décrite. Le milieu d’expansion est

utilisé durant les 10 premiers jours de culture. Après ces 10 jours, les CSTA sont induites à

se différencier en adipocytes grâce à l’ajout d’un cocktail adipogénique (Deslex et al.,

1987, Hauner et al., 1989). La composition du milieu d’induction qui permet la

différenciation des CSTA est décrite au Tableau 2.4. Après trois jours d’induction, la

culture est poursuivie pendant 15 jours avec un milieu adipogénique composé de milieu

d’expansion additionné de 100 nM d’insuline, 0,2 nM de T3 et 1 M de dexaméthasone. Ce

milieu permet la formation de feuillets contenant des adipocytes. Les différents milieux de

culture et d’induction utilisés sont additionnés d’acide ascorbique (50 µg/ml) durant les 28

jours de culture des feuillets.

Tableau 2.4 : Composition du milieu d’induction adipogénique. [Tableau traduit de (Labbé

et al., 2011a)]

Composante Concentration

1:1 DME : Ham’s F12 medium (Invitrogen) 96% (v/v)

Sérum de veau fœtal (Hyclone) 3% (v/v)

IBMX (Sigma) 0.25 mM

Rosiglitazone (Cederlane, Horby, ON, Canada) 1 M

Insuline (Sigma) 100 nM

Dexaméthasone (Sigma) 1 M

T3 (Sigma) 0.2 nM

Pénicilline G et gentamicine (Sigma) Pénicilline G 100 IU/mL

Gentamicine 25 mg/mL

Abréviations : DME, Dulbecco’s modified Eagle’s medium; IBMX, 3-isobutyl-1-

méthylxanthine; T3, triiodothyronine.

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Après 28 jours en culture, les fibroblastes, les CSTA non-induites et les CSTA

induites à se différencier en adipocytes ont formé des feuillets cellulaires manipulables qui

sont utilisés pour former trois types de pansement. Des empilements de deux ou trois

feuillets de chaque type respectif sont utilisés selon l’étude réalisée (décrit à la section 2.5).

Les feuillets cellulaires sont empilés et brochés ensemble par l’ancrage et gardés en culture

pendant sept jours de la même manière que celle décrite pour les compartiments dermiques

à la section 2.1. La durée totale de la production d’un pansement biologique depuis l’étape

d’ensemencement en plaque est de 35 jours en utilisant la technique présentée.

2.4 Réalisation du modèle d’étude

Les étapes de production des peaux reconstruites, des pansements biologiques et des

feuillets migratoires sont coordonnées de telle sorte que la production prenne fin le même

jour. Les étapes de la réalisation du modèle d’étude ainsi que les principales conditions

expérimentales sont illustrées à la Figure 2.3.

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Figure 2.3 : Étapes de réalisation du modèle d’étude de guérison des plaies selon la

condition expérimentale à l’étude. Cette figure représente une schématisation transversale

du modèle d’étude en utilisant des pansements formés de trois feuillets cellulaires.

Abréviations : CSTA, Cellules stromales/souches extraites du tissu adipeux; F, Feuillet de

fibroblastes dermiques; K, Kératinocytes.

Au jour de création des plaies, les peaux sont retirées des tables de plastique et

déposées au fond d’un pétri humidifié de milieu. Une photo macroscopique de chaque peau

est prise telle que décrite à la section 2.6. Une plaie de 8 mm de diamètre est alors faite sur

chaque peau reconstruite à l’aide d’un échantillonneur cutané (Acuderm, Fort Lauderdale,

FL, USA). Cette étape doit être effectuée avec soin pour s’assurer que la plaie est dotée de

marges uniformes. Un feuillet migratoire maintenu dans son orientation originale est

ensuite broché sous la plaie et servira de surface de migration pour les kératinocytes lors de

la réépithélialisation. Une seconde photo macroscopique de la plaie est prise après l’ajout

du feuillet migratoire. Le montage est alors replacé sur une table de plastique en interface

air-liquide. Un pansement biologique est ensuite ajouté selon la condition expérimentale.

L’orientation du pansement est soit maintenue dans l’orientation originale d’empilement

des feuillets ou inversée avant d’être apposé sur la plaie (paramètre qui variera selon

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43

l’expérience, voir Tableau 2.5). De plus, il n’est pas broché pour qu’il puisse être

facilement retiré lors de la prise de photo quotidienne. Un milieu de culture pour

kératinocytes sans EGF et contenant 2% de sérum H plutôt que 5% est utilisé pour toutes

les conditions expérimentales. La quantité de sérum est diminuée dans le but de favoriser la

détection des effets possibles des pansements. Un changement de milieu est effectué au

troisième jour suivant la plaie. L’aspect général du montage réalisé est illustré à la Figure

2.4.

Figure 2.4 : Aspect général du modèle d’étude réalisé (A-B).

2.5 Devis expérimentaux

Le présent projet a évalué cinq conditions expérimentales distinctes au cours des

différentes cultures réalisées. La Figure 2.3 illustre d’ailleurs les principales conditions

expérimentales réalisées. Le Tableau 2.5 résume l’ensemble des cultures réalisées, les

principaux paramètres de chacune ainsi que les conditions expérimentales à l’étude. Le

nom de chaque expérience est celui utilisé dans la section Résultats.

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Tableau 2.5 : Résumé des devis expérimentaux réalisés et des principaux paramètres de

chacun.

Nom de

l’expérience

réalisée

Conditions

expérimentales

à l’étude

Nombre de

montage pour

chaque condition*

Pansement

double (D)

ou triple (T)

Méthode de

prise de photo

utilisée

Étude pilote F, S, A, ØP n = 5 n = 5 D Méthode 1**

Première étude S, A n = 9 D Méthode 2

Deuxième étude F, S, A, A2J, ØP n = 2 n = 5 T Méthode 2

Troisième étude F, S, A n = 6 T Méthode 2

*, Les nombres de montages en double représentent le nombre de montages par groupe

pour des séries biopsiées aux 3e et 6e jours de guérison respectivement. Les cases uniques

représentent des tissus qui ont été biopsiés au 6e jour de guérison.

**, Cette expérience a été réalisée en maintenant les pansements dans leur orientation

originale d’empilement. Les pansements sont inversés pour les autres études.

Abréviations : F, Pansement de fibroblastes; S, Pansement de CSTA; A, Pansement

adipeux; A2J, Pansement adipeux remplacé à chaque 2 jours de guérison; ØP, Plaie sans

pansement. Les Méthodes 1 et 2 sont décrites à la section 2.7.

Le nombre de plaies pour chacun des groupes a été déterminé en considérant la

disponibilité du matériel, les ressources humaines disponibles, la faisabilité technique ainsi

que l’analyse statistique prévue.

2.6 Prise de photos macroscopiques des peaux et des plaies

Des photos macroscopiques sont prises au moment de l’assemblage du modèle

d’étude pour qualifier l’aspect général de l’épiderme différencié et les contours de la plaie

(fait une seule fois au jour zéro pour toutes les plaies, tel que décrit à la section 2.4). Une

caméra Canon EOS Rebel XS (Canon, Mississauga, ON, Canada) est fixée à un trépied et

déposée sur une surface plane. Le tout est collé provisoirement à la surface pour assurer la

stabilité du positionnement au cours de l’utilisation. Le pétri contenant la peau ou la plaie à

photographier est alors déposé sous l’appareil ajusté pour une prise de photo en mode

rapproché. Une règle est photographiée à titre d’échelle de mesure.

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2.7 Suivi de la progression de la réépithélialisation dans le

temps

Deux méthodes de prise de photos ont été utilisées au cours du présent projet. Dans

les deux cas, ces méthodes ont été utilisées pour suivre dans le temps l’aire des plaies qui

s’est refermée en distinguant le front de migration des kératinocytes qui est visible. Des

photos ont été prises à chaque jour de guérison débutant par le jour 0 où la plaie a été faite

jusqu’au jour 6.

2.7.1 Méthode 1

Les photos ont été prises à partir d’un stéréomicroscope Nikon SMZ800 (Nikon,

Mississauga, ON, Canada) équipé de la caméra Nikon Coolpix 4500 (Nikon). Le pétri

contenant le montage formé de la plaie et du pansement (tel que décrit à la section 2.4) a été

placé directement sur la surface du stéréomicroscope pour la prise de photo en présence du

pansement. Deux photos avec des conditions de luminosité et de contraste différentes ont

été prises pour chaque montage. Une règle a été photographiée à intervalle régulier pour

servir d’échelle de mesure.

2.7.2 Méthode 2

Les photos ont été prises en utilisant le même équipement qu’à la méthode

précédente. Sous une hotte à flux laminaire, la plaque de plastique et les poids déposés sur

le montage ont été placés temporairement dans un pétri de transfert. Le pansement a ensuite

été délicatement retiré et déposé face vers le bas dans un autre pétri de transfert humidifié

de milieu de culture. La peau lésée a été déposée au fond d’un pétri humidifié pour la prise

de photo avec deux conditions d’éclairage différentes. Le montage a ensuite été réassemblé

et le pétri replacé à l’incubateur. Une règle a été photographiée à intervalle régulier pour

servir d’échelle de mesure.

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2.8 Mesure de l’aire réépithélialisée de la plaie

Les photos prises pour suivre la progression de la réépithélialisation dans le temps

ont été analysées en utilisant le logiciel Image J (NIH, disponible en ligne à

http://rsbweb.nih.gov/ij). L’aire non-réépithélialisée ainsi que l’aire totale de la plaie

d’origine ont été mesurées pour chaque plaie avec l’outil de création de polygone ajusté à

l’échelle de mesure tel que montré à la Figure 2.5. Toutes les plaies ont été mesurées par

deux personnes différentes, dont une à l’aveugle, pour confirmer la reproductibilité des

mesures prises. Le pourcentage de variation inter-évaluateur pour chaque mesure n’a jamais

excédé 3% et se situe en moyenne à 1,0%.

Figure 2.5 : Exemple des photos ayant servies à générer les résultats de mesure d’aire non-

réépithélialisée et d’aire totale de la plaie originale. Le cercle pointillé contient l’aire qui

n’est pas encore réépithélialisée tandis que le cercle plein contient l’aire de la plaie

originale (photo prise avec la Méthode 2). Abréviations : FM, Feuillet migratoire; P, Peau

intacte; Z, Zone réépithélialisée. Ligne pointillée : front de migration.

La proportion de l’aire de la plaie qui est non-réépithélialisée à un jour donné a

ensuite été exprimée en pourcentage à l’aide de la formule suivante : (Aire non-

réépithélialisée / Aire totale de la plaie au jour 0) x 100. Des moyennes regroupant tous les

montages d’une même condition expérimentale ont ensuite été calculées pour chaque jour

de mesure et analysées graphiquement à l’aide de GraphPad Prism 5 (GraphPad Software,

La Jolla, CA, USA). Les résultats sont finalement exprimés sous forme de graphe relatant

la progression de la guérison en fonction du temps pour chaque condition expérimentale.

P

FM

Z

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2.9 Analyse des peaux, des plaies et des pansements

La peau coupée au moment de faire la plaie est utilisée pour effectuer des analyses

qualitatives telles que des colorations histologiques au trichrome de Masson. De plus, à

différents temps lors de la guérison, des biopsies des plaies en cours de réépithélialisation

ainsi que des pansements de chaque type étudié sont utilisés pour des analyses

histologiques et des détections immunohistochimiques.

2.9.1 Analyse des peaux

Des biopsies ont été réalisées sur des morceaux de peau retirés en effectuant les

plaies (au jour 0). Pour chacune des expériences décrites au Tableau 2.5, six biopsies ont

été conservées et découpées en quatre morceaux égaux. Deux des quatre morceaux produits

ont été fixés au formol tamponné à 10% et enrobés dans la paraffine. Des coupes

transversales de 5µm ont ensuite été colorées au trichrome de Masson pour évaluer l’aspect

histologique général des peaux le jour correspondant à celui de la réalisation du montage.

Les deux autres morceaux de chaque biopsie ont été enrobés frais sans fixation dans la

solution Tissue-Tek OCT (Sakura Finetek, Torrance, CA, USA) et congelés à -80oC.

2.9.2 Analyse des plaies

Toutes les plaies réalisées au cours des différentes études ont été biopsiées. Tel que

décrit dans le Tableau 2.5, des plaies ont été biopsiées après trois et six jours afin de

décrire qualitativement la progression de la guérison dans le temps. Chaque plaie a été

coupée en quatre fines lisières afin de préserver l’architecture complète du front de

migration. Deux lisières par plaie ont été colorées au trichrome de Masson par la même

technique que pour les peaux. Des photos de ces coupes colorées ont ensuite été prises à

partir d’un microscope AxioObserver Z1 (Zeiss, Mississauga, ON, Canada) à l’aide d’une

caméra AxioCam ICc1 (Zeiss). Elles ont été prises en utilisant un objectif 10X DICI

accompagné du filtre approprié. Une seule photo de chaque plaie a été obtenue à partir

d’une mosaïque de photos individuelles. Cette photo a été assemblée par le logiciel

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AxioVision 4.2.8 (Zeiss). Les deux autres lisières réalisées sur chaque plaie ont été

enrobées fraiches sans fixation dans la solution Tissue-Tek OCT (Sakura Finetek) et

congelées à -80oC.

En plus des colorations histologiques, des analyses immunohistochimiques ont été

réalisées sur les lisières de plaies biopsiées lors de la deuxième étude. Pour chaque groupe

expérimental, les tissus congelés de trois plaies ont été analysés. Des coupes de 5 µm

d’épaisseur ont été produites avec un cryostat Leica CM3050 (Leica Microsystems Inc.,

Bannockburn, USA), fixées à l’acétone et rincées avec un tampon saline phosphate (PBS).

Les coupes ont ensuite été incubées avec un anticorps primaire pour une période de 45

minutes. Des contrôles négatifs ont été réalisés avec anticorps isotypique lorsque

disponibles ou par omission de l’anticorps primaire. L’anticorps secondaire a ensuite été

incubé selon l’anticorps primaire utilisé. Les anticorps utilisés pour chaque coloration sont

résumés dans le Tableau 2.6. Tous les anticorps ont été dilués dans une solution de PBS

contenant 1% (masse/volume) d’albumine sérique bovine (BSA, Sigma). De plus, une

contre coloration au Hoechst 33258 (Sigma, 5mg/ml) pour la visualisation des noyaux a

aussi été effectuée. Les coupes ont été visualisées en fluorescence à partir d’un microscope

AxioObserver Z1 (Zeiss) en utilisant un objectif 10X. Des photos de chaque plaie ont été

obtenues à partir d’une mosaïque de photos individuelles assemblée par le logiciel

AxioVision 4.2.8 (Zeiss).

Tableau 2.6 : Anticorps utilisés pour les marquages immunohistochimiques de plaies.

Molécule

marquée Anticorps Concepteur Dilution

Collagène de

type IV Primaire AcP de lapin (IgG) anti-collagène de type IV Abcam 1/100

Secondaire Ac de chèvre anti-IgG de lapin (Alexa 532) Invitrogen 1/400

Kératine 10 Primaire AcM de souris (IgG1) anti-kératine 10 Cedarlane 1/100

Secondaire Ac de lapin anti-IgG de souris (Alexa 488) Invitrogen 1/800

Ki-67 Primaire AcM de souris (IgG1) anti-Ki67 Pharmingen 1/400

Secondaire Ac de lapin anti-IgG de souris (Alexa 488) Invitrogen 1/800

Abréviations : Ac, Anticorps; AcM, Anticorps monoclonaux; AcP, Anticorps polyclonaux.

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49

2.9.3 Analyse des pansements

Des pansements de chaque type réalisé au cours des différentes études ont été

biopsiés. Les pansements ayant servi à recouvrir les plaies ainsi que des pansements

demeurés en culture immergée comme contrôles ont été biopsiés après six jours afin de

mesurer leur épaisseur et de décrire qualitativement leur aspect général. Chaque pansement

a été coupé en quatre fines lisières et deux d’entre elles ont été colorées au trichrome de

Masson par la même technique que pour les peaux et les plaies. Des photos de ces coupes

colorées ont ensuite été prises à partir d’un microscope AxioObserver Z1 (Zeiss) à l’aide

d’une caméra AxioCam ICc1 (Zeiss). Elles ont été prises en utilisant un objectif 10X DICI

accompagné du filtre approprié. L’épaisseur de ces coupes a également été mesurée à l’aide

du logiciel AxioVision 4.2.8 (Zeiss) à partir des photos réalisées. Les deux autres lisières

réalisées sur chaque plaie ont été enrobées fraiches sans fixation dans le gel Tissue-Tek

OCT (Sakura Finetek) et congelées à -80oC.

2.10 Dosage par ELISA des molécules sécrétées

Les profils de sécrétion de la leptine, de l’angiopoïétine-1 et du facteur de

croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) ont été quantifiés par ELISA à partir des

surnageants de culture des différents types de pansement à l’étude. Ces profils ont été

réalisés à partir de surnageants de culture prélevés au jour de la création de la plaie (jour 0)

afin de connaitre le potentiel sécrétoire des pansements au moment de leur mise en place

sur les plaies. Les surnageants ont été conservés à -80oC jusqu’à leur analyse (entre 6 à 12

mois). Des dosages ELISA (Duosets, R&D Systems, Minneapolis, MN, USA) spécifiques à

chacune des trois molécules humaines ont été réalisés en suivant les instructions fournies

par le fabricant. Des milieux de culture sans cellule ont été utilisés comme contrôles et leurs

valeurs ont été soustraites lors de l’analyse des surnageants. Chaque analyse a été répétée

deux fois et les valeurs moyennes de ces deux répétitions ont été présentées à la section

Résultats.

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50

2.11 Analyses statistiques

Des analyses statistiques telles que le Test de Student non-pairé ainsi que le Two-

way ANOVA suivi de post-tests de Bonferroni ont été utilisés pour comparer les aires

réépithélialisées dans le temps en fonction du groupe expérimental. Des Tests de Student

non-pairés et des One-way ANOVA suivi de post-tests de Bonferroni ont servi à l’analyse

des profils de sécrétion quantifiés par ELISA. Des Tests de Student non-pairés ont

également servi à comparer l’épaisseur des pansements selon le temps d’utilisation.

L’ensemble de ces analyses ont été effectuées à partir du logiciel GraphPad Prism 5

(GraphPad Software). Toutes les marges d’erreur sont exprimées en écart type.

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51

3 Chapitre 3 – Résultats

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52

3.1 Conception du modèle de guérison des plaies in vitro

adapté à l’étude de pansements biologiques

Un modèle de guérison des plaies conçu in vitro par la technique d’auto-assemblage

a été développé au LOEX par l’équipe de Dre Véronique Moulin au début des années 2000

(Laplante et al., 2001). Afin d’adapter ce modèle à l’étude de pansements biologiques, des

peaux bilamellaires reconstruites in vitro ont été créées à partir de deux feuillets de

fibroblastes dermiques sur lesquels des kératinocytes ont été ensemencés. Après un temps

de prolifération suffisant et des conditions de différenciation à l’interface air-liquide (voir

section 2.1), les peaux ont développé un épiderme possédant toutes les couches

différenciées représentatives d’une peau normale humaine (Fig 3.1). Un feuillet migratoire

composé de fibroblastes dermiques a ensuite été apposé en dessous de la peau blessée pour

permettre la migration des kératinocytes, recréant ainsi le modèle original de guérison des

plaies conçu précédemment.

Figure 3.1 : Aspect macroscopique d’une peau reconstruite. Les photos représentent

l’apparence des peaux reconstruites avant d’effectuer une plaie (A) et après la plaie et

l’ajout d’un feuillet migratoire composé de fibroblastes dermiques (B). Le modèle de

guérison de plaie conçu par auto-assemblage et développé au LOEX (Laplante et al., 2001)

permet de produire des peaux possédant un épithélium uniformément différencié (A) ainsi

que des plaies circulaires aux marges bien définies (B). Barre de mesure = 1 cm.

Abréviations : An, Ancrage; P, Peau.

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53

Notre technique adaptée permettant l’étude des effets de pansements biologiques sur

la guérison de plaies cutanées a d’abord consisté en l’ajout de pansements biologiques sur

les plaies durant le processus de guérison. Les études précédemment réalisées à partir du

modèle de Laplante (Dube et al., 2010) ou utilisant une version modifiée de ce modèle

(Carrier et al., 2008) n’avaient jamais évalué la possibilité de comparer l’effet de

pansements apposés sur une plaie.

À partir de la technique d’auto-assemblage développée au LOEX (Michel et al.,

1999) ainsi que l’expertise de l’équipe de Dre Fradette en reconstruction du tissu adipeux

(Vermette et al., 2007), des pansements biologiques ont été conçus à partir de fibroblastes

dermiques et à partir de cellules stromales/souches extraites du tissu adipeux (CSTA). En

présence d’acide ascorbique et de sérum de veau fœtal, ces deux types cellulaires ont

produit et organisé une matrice extracellulaire résistante qui a permis après 28 jours de

culture de soulever et d’empiler des feuillets cellulaires conjonctifs. De plus, une partie des

cultures de CSTA ont été induites par l’ajout d’un cocktail d’induction adipogénique durant

la culture pour produire des feuillets adipeux empilables. Par la méthode décrite à la section

2.2, deux ou trois feuillets cellulaires ont été empilés pour former chacun des types de

pansement étudiés (voir Tableau 2.5).Un temps de culture de sept jours a permis d’obtenir

une bonne cohésion entre les feuillets des pansements avant leur ajout sur des plaies.

L’aspect macroscopique (Fig 3.2 A-C) et microscopique (D-F) des pansements conçus

montre que de nombreux adipocytes sont présents dans les pansements adipeux produits

grâce au cocktail d’induction adipogénique (F), ce qui donne une apparence plus blanchâtre

macroscopiquement (C).

Les pansements produits sont suffisamment résistants pour pouvoir être manipulés

et déplacés sans un risque élevé de déchirure. Ils peuvent être pliés raisonnablement pour

s’adapter à la surface à recouvrir sans qu’ils ne se détachent de l’ancrage. Au cours des

études réalisées utilisant ces pansements, aucun bris n’a été observé malgré des

manipulations fréquentes lors des prises de photos macroscopiques pour suivre le

phénomène de réépithélialisation (voir Méthode 2, section 2.7.2.).

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54

Figure 3.2 : Apparence macroscopique (A-C) et microscopique (D-F) des pansements

biologiques produits par auto-assemblage. Les pansements faits de fibroblastes dermiques

(A, D), de cellules souches/stromales extraites du tissu adipeux (CSTA) (B, E) ou de CSTA

exposées au cocktail d’induction adipogénique (adipeux) (C, F) possèdent une matrice

extracellulaire les rendant facilement manipulables. De nombreux adipocytes composent les

pansements faits de CSTA induites (F), les rendant plus blanchâtres (C). Barres de mesure

= 1 cm (A-C), 50 µm (D-F).

Une étude pilote a d’abord permis d’apporter les modifications nécessaires à la

méthode de suivi de la fermeture des plaies dans le temps. Précédemment au LOEX (Dube

et al., 2010), les photos des plaies prises quotidiennement à l’aide d’un stéréomicroscope

étaient réalisées en présence du montage servant à la culture en interface air-liquide (tel que

vu à la Fig 2.4). Le pétri contenant le montage expérimental et la plaie a été directement

placé sur le stéréomicroscope (voir Méthode 1, section 2.7.1) et la photo a été prise en

présence de milieu de culture sous la peau au cours de cette étude pilote. Malheureusement,

cette méthode n’a pas permis d’obtenir des photos permettant de visualiser l’aire

réépithélialisée pour tous les groupes expérimentaux. Tel qu’attendu, il a été possible de

mesurer l’aire réépithélialisée des plaies recouvertes d’un pansement composé de

fibroblastes dermiques ou de CSTA (Fig 3.3 A-B). Toutefois, en présence d’un pansement

adipeux, le front de migration normalement perceptible par cette méthode de prise de photo

a été impossible à distinguer, masqué par les adipocytes remplis de lipides (C). Cette

opacité a ainsi privé l’étude de certains résultats clés.

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55

Un autre obstacle rencontré au cours de cette étude pilote a été l’arrêt prématuré de

la progression de la réépithélialisation des plaies. Tel que vu à la Figure 3.3 D, la fermeture

des plaies recouvertes de pansements de fibroblastes ou de CSTA progresse jusqu’à trois

jours de guérison. Au cours de ces trois jours, les plaies recouvertes de pansements faits de

fibroblastes dermiques ou de CSTA se sont réépithélialisées à des rythmes comparables (p

> 0,05 aux jours 1, 2 et 3 de guérison, Test de Student non pairé, n = 10 dans les deux

groupes). À partir du quatrième jour, la fermeture des plaies est ralentie et il y a atteinte

d’un plateau sans fermeture complète des plaies. Au jour 4, les plaies recouvertes d’un

pansement de fibroblastes dermiques étaient réépithélialisées en moyenne de 72,7 ± 6,7%

de leur surface totale et les plaies recouvertes de pansements de CSTA de 74,7 ± 7,6%. Ces

valeurs ont plafonné jusqu’au sixième jour de guérison et sont demeurées similaires (p >

0,05 aux jours 4 et 6 de guérison, Test de Student non pairé, n = 7 au jour 4 et n = 5 au jour

6 dans les deux groupes).

L’arrêt de progression constaté graphiquement est confirmé par l’analyse

histologique réalisée sur les plaies après six jours de guérison en présence d’un pansement

(Fig 3.3 E). Les kératinocytes ont progressé de la marge de la plaie (MP) vers le centre (C)

pour finalement rebrousser chemin et commencer à épithélialiser la surface interne du

pansement (indiqué par des têtes de flèche). L’apparition progressive de cohésion entre les

pansements utilisés et les feuillets migratoires de fibroblastes sous les plaies pourrait

expliquer cet arrêt de progression. Le plateau observé sur le graphe correspondrait au

moment où les kératinocytes ont été incapables de se glisser sous les pansements pour

poursuivre leur réépithélialisation sur les feuillets migratoires. La force de la cohésion entre

le pansement et le feuillet migratoire étant devenue trop forte, les kératinocytes en

prolifération auraient alors cessé leur progression organisée et dirigée vers le centre de la

plaie pour plutôt épithélialiser les pansements.

Il n’a donc pas été possible au cours de cette étude d’évaluer l’effet des pansements

jusqu’à la fermeture complète de la plaie puisque la progression de la réépithélialisation a

été affectée par la cohésion entre le pansement et le feuillet migratoire. Il est tout de même

possible d’affirmer que durant les trois premiers jours de guérison, les pansements faits de

fibroblastes dermiques ou de CSTA semblent avoir eu un impact équivalent sur le

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56

phénomène de réépithélialisation. Notons que les résultats de l’étude pilote ainsi que des

études subséquentes sont soutenus par le fait que les populations cellulaires utilisées pour

produire les pansements proviennent toutes du même patient. Les fibroblastes dermiques et

les CSTA ont en effet été prélevés du même sujet, réduisant ainsi la possibilité de

variations interpersonnelles lors de la comparaison de différents types cellulaires. Cette

force de l’étude pilote ainsi que des études subséquentes élimine un facteur confondant

majeur qui pourrait nuire à l’interprétation des résultats.

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57

Figure 3.3 : Résumé des résultats de l’étude pilote. L’aspect macroscopique du phénomène

de réépithélialisation de plaies reconstruites in vitro recouvertes d’un pansement de

fibroblastes (A), d’un pansement de CSTA (B) ou d’un pansement adipeux (C) est

présenté. La réépithélialisation des plaies recouvertes d’un pansement adipeux n’a pu être

mesurée à cause de l’opacité du pansement en C. Les mesures de l’aire ouverte des plaies

au fil du temps et selon le pansement utilisé sont illustrées graphiquement (D) (N = 1 même

patient duquel les fibroblastes et les CSTA utilisés ont été prélevés, n = 10 plaies par

groupe aux jours 1, 2 et 3, n = 7 au jour 4 et n = 5 au jour 6). L’aspect histologique de la

réépithélialisation six jours après l’ajout d’un pansement biologique fait de CSTA et suite à

une coloration au trichrome de Masson d’une coupe transversale est illustrée (E). La

cohésion progressive entre le pansement et le feuillet migratoire (flèche) a stoppé la

fermeture de la plaie et a amené les kératinocytes à épithélialiser la surface interne du

pansement (indiqué par des têtes de flèches). Barres de mesure = 300 µm (A-C), 1 cm (E).

Abréviations : C, Centre de la plaie; MP, Marge de la plaie, Pans, Pansement.

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58

L’étude pilote a également permis d’évaluer une première fois le profil de sécrétion

des différents pansements biologiques conçus. Des dosages ELISA ont permis de quantifier

au jour 0 les quantités de leptine, de VEGF et d’angiopoïétine-1 produites dans les 48

heures précédant la mise en place des pansements sur les plaies. Le milieu de culture utilisé

durant cette période était un milieu sans sérum et sans phénol afin de réduire au minimum

la quantité de protéines pouvant provenir du sérum bovin et ainsi cibler la production réelle

des pansements.

Figure 3.4 : Profil de sécrétion des pansements biologiques sur une période de 48 heures en

milieu sans sérum et sans phénol. ***, p < 0,001. One-way ANOVA suivi de post-tests de

Bonferroni, n = 3 pour chaque molécule analysée. Abréviation : Pans, Pansement.

Tel qu’attendu, la quantité de leptine produite par les pansements adipeux est

grandement supérieure à celle produite par les pansements de fibroblastes ou de CSTA,

respectivement de 24 et 31 fois plus élevée sur une période de 48 heures. La quantité

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d’angiopoïétine-1 est également deux fois plus abondante dans les surnageants des

pansements adipeux que ceux de CSTA ou de fibroblastes. Quant au VEGF, sa présence est

deux fois plus élevée dans les surnageants de pansements faits de CSTA que ceux des

pansements adipeux ou de fibroblastes.

Il a été nécessaire d’adapter la méthode de suivi de la progression de la

réépithélialisation afin de permettre l’évaluation de tous les types de pansement jusqu’à une

guérison complète des plaies. Les études suivantes ont donc été réalisées avec la Méthode 2

(voir Méthode 2, section 2.7.2) qui a été adaptée à partir des observations faites au cours de

l’étude pilote. Cette technique améliorée a permis d’accentuer le contraste lumineux

permettant de distinguer la zone nouvellement réépithélialisée et a éliminé le blocage fait

par les adipocytes des pansements adipeux (Fig 3.5). Cette technique de retrait quotidien du

pansement, combinée au fait que l’orientation des pansements a été inversée avant qu’ils ne

soient placés sur la plaie, a également permis de prévenir la formation de cohésion entre le

pansement et le feuillet migratoire. Le retrait temporaire du pansement durant la photo a

donc amélioré la clarté des zones réépithélialisées, prévenu la cohésion et ainsi facilité

l’analyse des photos prises quotidiennement.

Ces modifications de la méthode originale (Méthode 1) ont permis de suivre

pendant six jours la progression de la guérison à l’aide de photos dans les études

subséquentes, peu importe le type de pansement utilisé. La Figure 3.5 montre un exemple

de la progression de la réépithélialisation d’une plaie recouverte d’un pansement de CSTA

(A, C, E) et d’une plaie recouverte d’un pansement adipeux (B, D, F). Le pansement a été

retiré pour chacune des photos. La clarté et la précision avec laquelle il est maintenant

possible de suivre la réépithélialisation surpassent largement ce qui pouvait être fait lors de

l’étude pilote (Fig 3.3).

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Figure 3.5 : Aspect au stéréomicroscope du phénomène de réépithélialisation d’une plaie

reconstruite in vitro après l’adaptation de la méthode de suivi de la réépithélialisation.

Aspect d’une plaie ayant été recouverte d’un pansement de CSTA après 2, 4 et 6 jours de

guérison respectivement (A, C, E). Aspect d’une plaie ayant été recouverte d’un pansement

adipeux après 2, 4 et 6 jours de guérison respectivement (B, D, F). Le pansement a été

retiré temporairement pour la prise des photos. Barres de mesure = 300 µm.

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61

3.2 Progression de la réépithélialisation de plaies recouvertes

de pansements biologiques

Le but des études subséquentes a entre autres été de déterminer si la présence

d’adipocytes dans un pansement pouvait jouer un rôle bénéfique sur le phénomène de

réépithélialisation en comparaison avec un pansement composé uniquement de CSTA. Il

est suggéré que les pansements adipeux pourraient sécréter plusieurs facteurs tels que la

leptine qui seraient favorables au phénomène de réépithélialisation des kératinocytes. Au

cours de cette première étude évaluant l’effet des pansements adipeux, la réépithélialisation

a été suivie quotidiennement et des mesures de l’aire réépithélialisée ont été réalisées sur

une période de six jours (Fig 3.6).

Figure 3.6 : Comparaison de l’aire ouverte des plaies en fonction du nombre de jour de

guérison et selon le pansement utilisé (première étude). Une fermeture quasi-complète des

plaies a été atteinte (n = 9 plaies par groupe aux jours 1 et 2, n = 3 aux jours 3 à 6). *, p <

0.0001, Test de Student non-pairé. Abréviation : Pans, Pansement.

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62

D'abord, on note que pour les deux groupes expérimentaux la progression de la

fermeture des plaies s'est déroulée de manière continue jusqu'à la fermeture quasi-complète

de celles-ci. Contrairement à l'étude pilote où un plateau était observé graphiquement dès le

quatrième jour de guérison, l'action d'avoir retiré les pansements quotidiennement pour la

prise de photos semble avoir prévenu la cohésion du pansement à la plaie. La Méthode 2 a

donc permis de comparer la progression de la guérison de plaies selon le pansement utilisé

jusqu'à la fermeture complète, ce qui constitue une amélioration importante de la méthode

expérimentale initiale.

Au deuxième jour de guérison, la surface ouverte des plaies est significativement

plus petite lorsque la plaie est recouverte d’un pansement adipeux (46,1 ± 3,4%) que

lorsque la plaie est recouverte d’un pansement composé uniquement de CSTA (53,7 ±

3,1%) (p < 0,0001, Test de Student non-pairé). Cette différence s’est dessinée dès le

premier jour de guérison sans toutefois être significative (p = 0,0879). Cette tendance se

dissipe à partir du troisième jour et les mesures d’aires sont similaires (p > 0,05, Test de

Student non-pairé fait pour chaque jour) jusqu’à la fermeture presque totale des plaies au

sixième jour de guérison. À noter qu’au moment de cette étude, les pansements biologiques

fabriqués par auto-assemblage étaient constitués de l’empilement de deux feuillets

cellulaires plutôt que de trois tel que dans la prochaine étude présentée.

Les profils de sécrétion de la leptine, du VEGF et de l’angiopoïétine-1 présentent

les mêmes tendances que lors de l’étude pilote. La leptine et l’angiopoïétine-1 produites par

les pansements adipeux sont respectivement 25 et 2,6 fois plus abondantes que les quantités

produites par les pansements de CSTA. Le VEGF est à nouveau davantage retrouvé dans le

milieu de culture des pansements de CSTA, tel qu’observé précédemment, de l’ordre de 2,4

fois plus. Les dosages réalisés lors de cette étude quantifiaient au jour 0 les molécules

produites dans les 24 heures précédentes la mise en place des pansements sur les plaies

dans un milieu sans sérum et sans phénol (Fig 3.7).

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63

Figure 3.7 : Profil de sécrétion des pansements biologiques sur une période de 24 heures en

milieu sans sérum et sans phénol. **, p entre 0,01 et 0,001, ***, p < 0,001. Test de Student

non-pairé, n = 3 pour chaque molécule analysée. Abréviation : Pans, Pansement.

Plusieurs hypothèses ont été formulées après l’obtention de ces résultats pour tenter

d’expliquer le changement de tendance dans les courbes de réépithélialisation des plaies

après le deuxième jour de guérison. Elles ont par ailleurs guidé les choix de conditions

expérimentales qui ont mené à la conception d’une deuxième étude sur la réépithélialisation

de plaies en présence de pansements biologiques.

Premièrement, le nombre de cellules contenues dans un pansement était peut-être

insuffisant pour qu’un effet soutenu puisse mener à des différences marquées dans la

vitesse de réépithélialisation. Pour tenter d’augmenter la quantité de molécules actives

produites (tels que le VEGF, la leptine, ...), les pansements de la deuxième étude ont été

conçus avec trois feuillets cellulaires plutôt que deux, la prémisse étant que plus de cellules

dans un pansement procurerait un effet plus notable sur la guérison.

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64

Deuxièmement, les pansements étant en contact indirect avec le milieu de culture et

exposé à l’air durant plusieurs jours, peut-être y aurait-t-il une dégradation des pansements

au fil du temps, en particulier pour les pansements adipeux. Pour vérifier cette hypothèse,

une condition expérimentale dans laquelle les pansements sont remplacés par de nouveaux

tous les deux jours a été ajoutée. Cette condition a pour but de vérifier la tendance observée

précédemment, c’est-à-dire que les pansements adipeux semblent accélérer la fermeture de

plaies en début de guérison seulement. Cette condition permet aussi de s’approcher de la

réalité clinique, où les pansements sont généralement changés plus fréquemment qu’à tous

les six jours. Ce groupe expérimental veut également valider l'hypothèse de travail selon

laquelle le sécrétome des pansements adipeux est favorable à la réépithélialisation. Bref, en

réduisant l’impact d’un possible épuisement cellulaire (en utilisant régulièrement un

pansement neuf), un pansement qui contient plus de cellules actives à un temps donné

devrait favoriser une fermeture des plaies plus rapide. Notons que puisque ce genre de

groupe expérimental demande de produire trois fois plus de pansements qu’à l’habitude

pour un même nombre de plaies, il a été choisi que la condition serait réalisée seulement

pour évaluer des pansements adipeux.

Des conditions expérimentales ont également été ajoutées à titre de groupes de

contrôle dans cette deuxième étude. Dans le but de comparer les pansements adipeux et les

pansements de CSTA au type de pansement actuellement utilisé en clinique, des

pansements composés de fibroblastes dermiques ont été conçus (la faisabilité d’étudier les

effets de pansements faits de fibroblastes dermiques a d’ailleurs déjà été évaluée lors de

l’étude pilote). De plus, des plaies non recouvertes d’un pansement ont été ajoutées à

l’étude à titre de contrôle comparatif.

La deuxième étude a donc été conçue en incluant cinq groupes expérimentaux. Cette

étude avait pour but de vérifier si la présence de pansements faits de CSTA ou de

pansements adipeux influencerait favorablement la réépithélialisation de plaies

reconstruites in vitro comparativement à des pansements faits de fibroblastes dermiques.

Malheureusement, des problèmes d’ordre technique (abordés dans la section 3.3 et le

Chapitre 4) ont privé l’étude de la condition évaluant l’effet de pansements faits de CSTA.

La progression de la guérison pour chaque groupe est présentée à la Figure 3.8.

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65

Figure 3.8 : Progression de la réépithélialisation en fonction du groupe expérimental à

l’étude (deuxième étude). Les cellules utilisées pour former tous les types de pansement

proviennent du même patient (N = 1). *, p< 0,05, comparaison de Pans. Adipeux Ch.2JVs

Pans. Fibroblastes ou Pans. Adipeux. #, p< 0,01, comparaison de Sans Pansement Vs Pans.

Fibroblastes ou Pans. Adipeux. Two-way ANOVA suivi de post-tests de Bonferroni, n = 7

plaies par groupe du jour 0 à 3 et n = 5 plaies du jour 4 à 6 pour les plaies sans pansement

et les pansements de fibroblastes, n = 4 plaies du jour 0 à 3 et n = 3 plaies du jour 4 à 6 pour

les pansements adipeux et adipeux changés aux 2 jours (Ch.2J). Abréviation : Pans,

Pansement.

L’analyse statistique utilisée a été un Two-way ANOVA suivi de post-tests de

Bonferroni pour comparer chacun des groupes avec tous les autres. Ce type d’analyse

permet de comparer chacun des groupes à tous les jours de guérison tout en considérant

l’ensemble de la courbe de progression du groupe donné. Aux premier et deuxième jours de

guérison, aucune différence n’a été observée entre les groupes (p > 0,05, post-tests de

Bonferroni pour toutes les comparaisons possibles). Des différences significatives entre les

groupes expérimentaux ont toutefois été observées à partir du troisième jour où l’aire des

plaies sans pansement (25,3 ± 4,5%) était significativement plus petite que celle des plaies

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recouvertes d’un pansement de fibroblastes (35,3 ± 3,1%) ou d’un pansement adipeux (35,1

± 9,2%) (p < 0,01, post-tests de Bonferroni pour toutes les comparaisons). De plus, au

quatrième jour, les plaies recouvertes d’un pansement adipeux changé tous les deux jours

(Ch.2J) (12,7 ± 5,2%) étaient significativement plus petites que les plaies recouvertes d’un

pansement de fibroblastes (21,6 ± 3,5%) ou d’un pansement adipeux demeuré en place

depuis le début de la guérison (23,0 ± 9,1%) (p < 0,05, post-tests de Bonferroni pour les

deux comparaisons). Aux deux derniers jours, aucune différence n’a été observée (p > 0,05,

post-tests de Bonferroni pour toutes les comparaisons possibles) puisque les aires à

refermer étaient devenues minimes (< 10,0% d’aire ouverte pour tous les groupes).

Globalement, la surface des plaies recouvertes d’un pansement adipeux changé tous

les deux jours s’est réépithélialisée de 10% de plus que les plaies recouvertes d’un

pansement adipeux ou fait de fibroblastes après quatre jours de guérison. Ceci pourrait

signaler que les propriétés sécrétoires favorables à la guérison dont disposeraient les

pansements adipeux se dégradent avec le temps. De plus, il est envisageable que dans un

environnement de culture favorable comme celui utilisé dans ce modèle, les plaies sans

pansement se refermeraient plus rapidement que les autres conditions expérimentales en

absence du poids exercé par les pansements sur les plaies (voir Discussion). Pourtant, les

plaies recouvertes d’un pansement adipeux remplacé aux deux jours se sont refermées aussi

rapidement que celles sans pansement, signalant possiblement un effet provenant du

pansement (p > 0,05, post-tests de Bonferroni pour tous les jours comparés).

Le profil sécrétoire des pansements triples utilisés lors de cette étude a été évalué

dans des conditions différentes de celles présentées précédemment. La période de culture

faite dans les heures précédentes la mise en place des pansements sur les plaies a été

réalisée dans du milieu adipogénique pour tous les types de pansements plutôt que du

milieu sans sérum et sans phénol. Les dosages ont été faits après une période de 48 heures

(Fig 3.9).

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Figure 3.9 : Profil de sécrétion des pansements biologiques sur une période de 48 heures en

milieu de culture pour adipocytes. **, p entre 0,01 et 0,001, ***, p < 0,001. One-way

ANOVA suivi de post-tests de Bonferroni, n = 3 pour chaque molécule analysée.

Abréviations : Pans, Pansement.

Les valeurs obtenues suivent les mêmes tendances statistiques que dans les deux

analyses réalisées précédemment. Toutefois, l’ampleur des valeurs et les différences

numériques entre les groupes varient légèrement pour les trois molécules analysées. Pour la

leptine, des quantités un peu plus importantes de la molécule sont détectées par ELISA

dans les milieux de culture des pansements de fibroblastes et de CSTA. En comparaison

avec l’étude pilote où la quantité de leptine détectée pour ces deux types de pansement était

à peu près nulle (1,9 ± 0,4 ng/mL pour les pansements de fibroblaste et 1,5 ± 0,3 ng/mL

pour les pansements de CSTA dans l’étude pilote), les pansements de fibroblastes et de

CSTA auraient sécrétés plus de leptine dans un milieu de culture pour adipocytes en 48

heures que dans un milieu sans sérum et sans phénol (13,2 ± 6,5 ng/mL pour les

pansements de fibroblaste et 9,9 ± 3,4 ng/mL pour les pansements de CSTA dans la

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deuxième étude). Cette différence d’amplitude de la leptine est à peu près nulle pour les

pansements adipeux, les valeurs étant à peu près similaires (46,6 ± 6,7 ng/mL pour les

pansements adipeux de l’étude pilote et 48,0 ± 4,6 ng/mL pour les pansements adipeux de

la deuxième étude). Les conditions de prélèvements étant similaires et les populations

cellulaires utilisées étant les mêmes dans l’étude pilote, il est justifié de questionner l’effet

qu’a pu avoir le milieu de culture adipogénique sur les résultats obtenus. De plus, le fait

que les pansements soient composés de trois feuillets cellulaires plutôt que deux comme

dans l’étude pilote aurait pu expliquer la présence de quantités de leptine supérieures dans

les analyses de la deuxième étude pour tous les groupes, mais la valeur obtenue pour les

pansements adipeux est pourtant similaire. Les valeurs obtenues pour les dosages du VEGF

et de l’angiopoïétine-1 diffèrent également. Une baisse de la quantité d’angiopoïétine-1

d’environ 70% est notée pour les trois types de pansements. Pour le VEGF, cet écart est

d’environ 30% pour les pansements de fibroblastes et de CSTA tandis que la valeur est

comparable pour les pansements adipeux.

La troisième étude avait pour but de comparer les mêmes conditions expérimentales

que la deuxième étude réalisée. L’objectif premier était d’obtenir des résultats pour des

plaies recouvertes de pansements de CSTA puisque ce groupe n’était pas disponible dans la

deuxième étude à cause d’ennuis techniques. Malheureusement, ces mêmes ennuis

techniques ont empêché de retirer toute donnée sur la réépithélialisation des plaies dans la

troisième étude. Le sujet sera abordé dans à la section 3.3 et dans le Chapitre 4.

3.3 Caractérisation de l’impact des pansements biologiques sur

la réépithélialisation

Dans le but d’observer qualitativement la réépithélialisation des plaies, des analyses

histologiques ont été réalisées. Des coupes transversales de 5 µm colorées au trichrome de

Masson ont été réalisées à partir de biopsies de plaies sans leur pansement et préalablement

enrobées dans la paraffine. Cette coloration permet de mettre en évidence en bleu les

collagènes du derme et du feuillet migratoire tandis que les kératinocytes sont colorés en

différentes teintes de rose selon la couche observée. La Figure 3.10 est un exemple

représentatif du phénomène de migration des kératinocytes observé dans le modèle de

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guérison de plaie adapté à l’étude de pansements. Sur cette coupe, le feuillet migratoire

placé sous la plaie (en bleu) sert de surface aux kératinocytes qui migrent de la gauche vers

la droite (en rose). Les lettres MP désignent la marge de la plaie de laquelle les

kératinocytes ont débuté leur migration. En plus de la migration primaire des kératinocytes,

une partie de l’épiderme différencié (indiquée par Épi) glisse secondairement vers la zone à

réépithélialiser. L’exemple présenté est une plaie qui avait été recouverte d’un pansement

de fibroblastes pendant trois jours de guérison.

Figure 3.10 : Aspect histologique d’une coupe transversale de la marge d’une plaie colorée

au trichrome de Masson. Barre de mesure = 500 µm. Abréviations : Épi, Épiderme

différencié glissant vers le centre de la plaie; MP, Marge de la plaie.

D’autres colorations au trichrome de Masson ont également permis d’observer le

phénomène de réépithélialisation des plaies en fonction de la condition expérimentale à

l’étude. Grâce à une mosaïque de multiples photos d’une même coupe, l’ensemble de la

guérison d’un même montage expérimental a pu être observé. Cette technique a permis de

visualiser sur une même photo des plaies sur une longueur d’environ 1000 mm, facilitant

ainsi l’interprétation globale. À la Figure 3.11, une coupe représentative de chaque groupe

expérimental de la deuxième étude est présentée. Sur chacune, les lettres MP représentent

les marges de plaies de part et d'autre de la plaie circulaire initiale et la lettre C désigne la

petite région au centre de chaque plaie qui n’est pas encore réépithélialisée. Peu importe la

condition expérimentale, la migration semble se dérouler de manière organisée et est

relativement uniforme. De plus, il est intéressant d’observer que les plaies qui étaient

recouvertes d’un pansement (A-C) semblent avoir un front de migration d’une épaisseur

comparable qualitativement à celle observée sur une plaie sans pansement (D).

Des analyses immunohistochimiques ont également permis de qualifier le processus

de réépithélialisation des plaies exposées ou non aux pansements étudiés (Fig 3.12). Un

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marqueur de la différenciation des kératinocytes (K10), un marqueur de la jonction dermo-

épidermique (Collagène de type IV) ainsi qu’un marqueur des cellules prolifératives de

l’épiderme (Ki-67) ont permis de constater que la réépithélialisation en présence d’un

pansement de fibroblastes (A-C) ou d’un pansement adipeux (D-E) s’organise d’une

manière comparable à celle observée dans une plaie in vitro non exposée à un pansement

(G-I). D’une manière analogue à l’exemple présenté à la Figure 3.10, ces photos réalisées

par immunofluorescence exposent une partie intacte de la peau reconstruite, la marge de la

plaie (MP) ainsi que la partie proximale du front de migration des kératinocytes.

Des mesures ont été réalisées sur des photos de coupes histologiques telles que

présentées à la Figure 3.13 afin de comparer l’épaisseur moyenne des pansements selon le

type cellulaire et le temps d’utilisation. Les pansements mesurés sont ceux de la deuxième

étude. Les pansements triples faits de fibroblastes ont une épaisseur moyenne de 46,7 ± 2,6

µm (n = 5) après avoir été utilisés comme recouvrement durant six jours sur une plaie in

vitro, tandis que des pansements similaires conservés en culture parallèlement durant six

jours ont une épaisseur moyenne de 74,2 ± 4,5 µm (n = 3). Les pansements de fibroblastes

ayant servi de recouvrement sont donc 1,6 fois plus minces après une utilisation de six

jours et cette différence est statistiquement significative (p = 0,0008). Les pansements

adipeux ont eu aussi tendance à s’amincir suite à leur utilisation, mais dans une moindre

mesure. Les pansements adipeux utilisés comme recouvrement pendant six jours (48,6 ±

1,7 µm, n = 5) sont 1,3 fois plus minces que ceux conservés en culture (62,6 ± 9,5 µm, n =

3). Cette tendance n’est toutefois pas statistiquement significative (p = 0,065). Enfin,

notons que les pansements adipeux qui ont été retirés des plaies après 48h ont une épaisseur

moyenne de 66,4 ± 10,8 µm (n = 5), ce qui est comparable aux pansements du même type

maintenu en culture. Ces résultats suggèrent donc que l’utilisation prolongée a un impact

considérable sur l’épaisseur des pansements, et par le fait même, possiblement sur leurs

effets. Ces données quantitatives de l’épaisseur des tissus sont soutenues par l’observation

qualitative des coupes histologiques. La Figure 3.13 illustre l’amincissement qu’ont subi

les pansements adipeux après 0, 2, 3 et 6 jours d’utilisation comme recouvrement.

Quelques adipocytes demeurent bien visibles après six jours de culture (D). Il est toutefois

difficile de conclure si leur nombre total s’est modifié en cours d’utilisation.

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Figure 3.11 : Aspect histologique de la réépithélialisation six jours après la création des plaies suite à une coloration au trichrome de

Masson sur coupes transversales. Les plaies étaient recouvertes soit d’un pansement de fibroblastes (A), d’un pansement adipeux (B),

d’un pansement adipeux changé aux 2 jours (C) ou sans pansement (D). Barres de mesure = 1 mm. Abréviations : C, Centre de la

plaie; MP, Marge de la plaie.

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Figure 3.12 : Analyses immunohistochimiques du phénomène de réépithélialisation en présence de pansements biologiques après six

jours de guérison. Les plaies étaient recouvertes soit d’un pansement de fibroblastes (A-C), d’un pansement adipeux (D-F) ou sans

pansement (G-I). Les couches suprabasales de la peau intacte et du front de migration expriment K10 (A, D, G). Le collagène IV est

exprimé à la jonction dermo-épidermique (indiqué par des têtes de flèches) (B, E, H). Des cellules exprimant Ki-67 sont localisées à la

couche basale de la peau intacte et du front de migration (indiqué par des têtes de flèches) (C, F, I). Barre de mesure = 200 µm.

Abréviations : MP; Marge de la plaie.

MP

MP

MP

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Figure 3.13 : Aspect histologique au trichrome de Masson des pansements adipeux utilisés

comme recouvrement d’une plaie au fil du temps. Les pansements présentés sont

représentatifs de la moyenne et ont servi de recouvrement durant 0 jour (A), 2 jours (B), 3

jours (C) et 6 jours (D). Barre de mesure = 50 µm.

Finalement, l’analyse histologique offre une piste d’explication aux ennuis

techniques rencontrés avec le groupe expérimental évaluant les pansements de CSTA de la

deuxième étude et avec l’ensemble de la troisième étude. À la Figure 3.14, la

réépithélialisation qui devrait normalement se diriger vers le centre de la plaie en migrant

sur le feuillet migratoire (tel que montré à la Figure 3.10) semble avoir été entravée par un

manque de cohésion entre le feuillet migratoire et la peau lésée. En effet, les kératinocytes

qui auraient dû se diriger vers la plaie semblent s’être glissés entre le feuillet migratoire et

la surface inférieure du derme reconstruit, tel qu’indiqué par la flèche. La plaie n’a donc

pas été réépithélialisée tel qu’attendu malgré un temps de guérison suffisant. L’exemple

présenté est une plaie de la deuxième étude après six jours de guérison et qui était

recouverte d’un pansement de CSTA.

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Figure 3.14 : Exemple d’une plaie où le feuillet migratoire n’a pas été réépithélialisé. Le

manque de cohésion entre la peau lésée et le feuillet migratoire a amené les kératinocytes à

épithélialiser la surface inférieure du derme reconstruit (tel qu’indiqué par la flèche). Barre

de mesure = 200 µm. Abréviations : FM, Feuillet migratoire; MP, Marge de la plaie.

MP

FM

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4 Chapitre 4 – Discussion

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4.1 Adaptation du modèle d’étude in vitro et conception des

pansements biologiques

4.1.1 Modèle d’étude de la guérison des plaies in vitro

La présente recherche a permis de mettre au point un modèle de guérison des plaies

adapté à l’étude de pansements biologiques. Ce modèle conçu à partir des travaux réalisés

par l’équipe de Dre Véronique Moulin au LOEX (Laplante et al., 2001) a permis de

mesurer le phénomène de réépithélialisation en présence de pansements dans un

environnement in vitro. Les peaux conçues par auto-assemblage possèdent un épithélium

uniformément différencié et permettent de créer des plaies circulaires aux marges bien

définies assurant une standardisation de l’aire à réépithélialiser (Fig 3.1).

Plusieurs défis techniques ont rendu difficile la conception de ce modèle adapté et

demeurent des considérations importantes pour son utilisation future dans l’évaluation de

pansements biologiques ou d’autres technologies. D’abord, l’étude pilote montre clairement

que la cohésion inattendue entre les pansements et les plaies peut altérer de manière

considérable le processus de réépithélialisation. Toutes les plaies de cette étude n’ont

d’ailleurs pu reformer en entier leur épiderme malgré un temps de culture suffisant (Fig

3.3). Cette cohésion s’explique principalement par la présence d’acide ascorbique dans le

milieu dans lequel les plaies ont été cultivées. L’acide ascorbique est un cofacteur

important de la formation de la matrice extracellulaire et constitue la pierre angulaire de

l’auto-assemblage (L'Heureux et al., 1998). Les pansements, eux-mêmes constitués de

cellules mésenchymateuses capables de produire de la matrice extracellulaire rappelons-le,

ont été stimulés autant que les cellules des plaies à renouveler et à produire davantage de

matrice, entrainant ainsi de la cohésion. De plus, l’orientation du pansement peut avoir eu

une influence sur la formation de cohésion et a possiblement favorisé l’adhésion cellulaire

(tel que décrit plus loin).

Il est incertain si la présence d’acide ascorbique a été salutaire dans l’ensemble des

études réalisées. La raison de procéder à l’ajout de 50 µg/ml d’acide ascorbique était

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toutefois très claire : le feuillet migratoire ajouté au jour 0 de guérison doit adhérer à la

plaie afin d’agir comme surface migratoire pour les kératinocytes. Cet ajout permet aussi

d’assurer l’intégrité des plaies pendant le processus de guérison de six jours. Le retrait

quotidien des pansements pour la prise de photo (Méthode 2) a permis d’empêcher la

cohésion avec le feuillet migratoire en plus de favoriser une prise de photos plus fiable et

définie de la migration des kératinocytes. Elle a permis de comparer l’effet réel de chaque

type de pansement sur la réépithélialisation sans endommager les kératinocytes (Fig 3.5).

Il demeure probable que même en absence d’acide ascorbique ajouté, il y aurait eu

un certain degré de cohésion entre le pansement et le fond de la plaie in vitro. La capacité

des cellules à produire de la matrice n’est pas complètement dépendante de l’acide

ascorbique (Kim et al., 2011). Notons que la cohésion est d’ailleurs loin d’être un

phénomène unique aux pansements biologiques et au modèle d’étude actuel. En clinique

par exemple, les pansements secs forment de l’adhérence notable au fond d’une plaie en

moins de 24 heures! In vivo, l’agrégation plaquettaire et la production rapide de fibrine

créent une adhérence en quelques heures seulement (Singer et al., 1999). L’utilisation d’une

mince couche d’un lubrifiant entre le pansement et la plaie pourrait être une piste de

solution si l’utilisation de pansements biologiques adipeux ou faits de CSTA devient une

réalité en clinique. Certains pansements commerciaux contiennent d’ailleurs des lubrifiants

à même leur matériel synthétique (Adaptic® ou Mepitel®) afin de réduire la cohésion

(Terrill et al., 2000). Il faudrait toutefois s’assurer de la perméabilité d’une telle substance

aux molécules produites par le pansement afin de ne pas nuire à son effet.

Tel que décrit plus tôt, l’objectif principal d’ajouter de l’acide ascorbique était de

favoriser l’adhésion du feuillet migratoire à la plaie pour permettre la migration des

kératinocytes. La forte cohésion entre le pansement et la plaie a été un problème pour

l’étude de la réépithélialisation. Ironiquement, la principale faiblesse du modèle actuel est

un manque de cohésion, puisque l’adhésion du feuillet migratoire avec la plaie ne se

produit pas toujours comme souhaité. En effet, lors de la deuxième étude, toutes les plaies

qui étaient prévues pour l’évaluation des pansements de CSTA n’ont pu être utilisées à

cause d’une cohésion incomplète ou nulle du feuillet migratoire à la plaie, tel que le

suggère la Figure 3.14. La présence d’un espace entre le feuillet migratoire et la peau lésée

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semble avoir empêché la migration normale des kératinocytes vers le centre de la plaie. La

réépithélialisation n’a donc pas débuté de façon uniforme et il a été impossible d’extraire la

moindre donnée de ce groupe. Ce déficit de cohésion du feuillet migratoire a également

provoqué l’échec de l’ensemble de la troisième étude puisqu’aucune des plaies n’a été en

mesure de débuter la réépithélialisation. Ce problème ne s’était pourtant pas produit lors de

l’étude pilote ni à la première étude. Durant celles-ci, tous les montages ont pu être utilisés.

Les conditions expérimentales ont pourtant peu ou pas changé entre les différentes

études réalisées; il est donc difficile d’expliquer avec certitude ce qui aurait pu nuire ou

améliorer la cohésion du feuillet migratoire d’une étude à l’autre. L’un des seuls

changements importants réalisés entre la première et la deuxième étude est le nombre de

feuillets contenus dans chaque pansement. En effet, tel que décrit au Chapitre 3, afin de

maximiser l’effet possible des pansements biologiques, les pansements ont été conçus à

partir de trois feuillets cellulaires plutôt que deux lors de la deuxième et la troisième étude.

Ce changement a certainement augmenté le poids de chaque pansement et ceci pourrait

avoir empêché la cohésion des feuillets migratoires.

Le jour du montage, le feuillet migratoire est placé sous la plaie et le pansement est

ajouté par-dessus. Le montage est ensuite placé sur une petite table trouée en plastique

assurant que la plaie soit à la fois en contact avec le milieu de culture et l’interface air-

liquide. Cette table bien conçue offre toutefois un soutien limité au feuillet migratoire qui,

sous le poids d’un pansement plus pesant, pourrait s’être décollé suffisamment de la surface

inférieure de la plaie pour empêcher sa cohésion avec le derme reconstruit. Puisque les

populations cellulaires ayant servi à la fabrication des plaies et des pansements sont

demeurées les mêmes, que les temps de culture sont demeurés constants d’une étude à

l’autre et que les milieux de culture de la deuxième et de la troisième étude étaient les

mêmes que lors de la première, il y a peu de place pour une explication biochimique à ce

déficit de cohésion.

Une solution envisageable à ce problème serait l’inversion du feuillet migratoire

avant de l’apposer sous la plaie. Lors de la culture des feuillets en plaque, les cellules

ensemencées adhèrent au plastique et se multiplient. Elles produisent également de la

matrice extracellulaire, stimulées par la présence d’acide ascorbique. Cette production

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s’effectue surtout par-dessus les cellules, et non entre les cellules et la surface de plastique à

laquelle ils adhèrent (Fradette, J., observations personnelles). Ceci fait en sorte que les

cellules d’un feuillet se retrouvent davantage dans la partie inférieure du feuillet et la

matrice dans la partie supérieure. Si l’on plaçait la surface « riche en cellules » plus près de

la base du derme reconstruit où se trouve la plaie, peut-être que les molécules d’adhésion

telles que les intégrines disponibles à la surface de la membrane cellulaire serait plus

promptes à se lier. Cette explication a d’ailleurs justifié l’inversion du pansement au

moment de l’appliquer à la plaie afin de réduire sa cohésion, telle que réalisée à la suite de

l’étude pilote. Ce changement simple à exécuter au moment de l’application du feuillet

migratoire mériterait d’être tenté lors d’études in vitro futures.

Malgré cette faiblesse importante du modèle in vitro, il présente plusieurs avantages

notables, dont le principal est le contrôle précis des variables à l’étude. En effet, le modèle

permet entre autres d’utiliser un échantillon de plaies ayant des propriétés biologiques

similaires puisqu’elles sont toutes produites à partir des mêmes populations cellulaires.

Certes, les pansements devront un jour être évalués sur des échantillons moins homogènes

afin de prouver leur efficacité à plus grande échelle, mais le contrôle optimal des

variabilités interpersonnelles que pourrait entrainer l’utilisation de populations provenant

de multiples donneurs pour créer les plaies permet de réduire les biais possibles et renforce

les conclusions tirées.

Le modèle permet également de vérifier précisément l’effet des pansements sur la

réépithélialisation. Contrairement à un modèle animal où une guérison plus rapide de

l’épiderme pourrait être médiée par plusieurs mécanismes à la fois, les plaies in vitro

conçues par auto-assemblage permettent d’isoler l’action de réépithélialisation. Cette force

du modèle est toutefois à double tranchant dans la recherche actuelle puisque l’hypothèse

de travail et la littérature proposent que les CSTA et le tissu adipeux pourraient être

bénéfiques à la guérison de manière substantielle par leurs effets sur l’angiogenèse. Cet

aspect de la guérison n’est pas évalué étant donné l’absence de cellules endothéliales dans

le modèle. Il est quand même possible d’évaluer l’effet direct des molécules

proangiogéniques sur la réépithélialisation, puisque cet effet a déjà été décrit (Man et al.,

2006).

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80

4.1.2 Conception des pansements biologiques

Ce projet de recherche a également permis de concevoir et de tester des pansements

biologiques conçus à partir de cellules souches extraites du tissu adipeux par la méthode

d’auto-assemblage. Les méthodes de culture bien établies de l’équipe de Dre Fradette ont

permis de créer des feuillets cellulaires de CSTA et de tissu adipeux facilement

manipulables et robustes (Fig 3.2) (Vermette et al., 2007).

Le temps de production des pansements demeure une considération importante afin

de faciliter la translation de cette technologie vers une utilisation clinique pratique.

Actuellement, 35 jours sont nécessaires à la création des pansements adipeux ou de CSTA.

Les feuillets nécessitent une culture en présence d’acide ascorbique de 28 jours avant d’être

empilés et mis en culture pour sept jours supplémentaires. Ce temps de culture pourrait être

réduit grandement par l’utilisation d’un système de culture dynamique. Tel que décrit par

Marceau-Fortier, le temps de culture des feuillets de CSTA lorsqu’exposés à des conditions

dynamiques peut être réduit de moitié (de 28 à 14 jours) et tout de même permettre de

produire des feuillets manipulables (Fortier et al., 2011). Le temps de production total d’un

pansement de CSTA qui utiliserait cette technique serait alors de 21 jours plutôt que 35, ce

qui constituerait une nette amélioration. D’autres optimisations telles que l’ajustement des

densités d’ensemencement cellulaires sont actuellement en cours dans le laboratoire afin de

réduire le temps de production des pansements.

Une autre alternative future serait l’ajout de kératinocytes à la surface des

pansements, tel qu’utilisé dans la majorité des recouvrements actuellement disponibles sur

le marché. La présence de kératinocytes pourrait conférer une protection accrue tout en

contribuant à la sécrétion de molécules bioactives (Rochon et al., 2010). Le traitement se

rapprocherait alors d’une greffe autologue. Il serait intéressant de vérifier si ce type de

recouvrement, qui est plus long à produire, procurerait un avantage substantiel par rapport à

la conception actuelle des pansements.

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81

4.2 Évaluation de l’efficacité des pansements biologiques

Plusieurs études ont été réalisées dans le présent projet afin de vérifier l’effet des

pansements biologiques faits de CSTA ou de tissu adipeux. La vérification de l’hypothèse

de travail par l’évaluation de la réépithélialisation et par la quantification des molécules

bioactives sécrétées selon le type de pansement utilisé a été le fil conducteur tel que décrit

au cours du Chapitre 3. Différentes méthodes ont été utilisées afin de vérifier l’efficacité,

dont la comparaison à des pansements de fibroblastes au cours de la deuxième étude. Ce

type cellulaire a servi de comparatif puisque les pansements biologiques actuellement

disponibles sur le marché sont constitués de fibroblastes. Il s’agit d’ailleurs du contrôle se

rapprochant le plus de l’utilisation actuelle de thérapies cellulaires selon plusieurs auteurs

(Steinberg et al., 2012, Nie et al., 2011).

C’est la deuxième étude présentée ici qui constitue la meilleure évaluation de

l’efficacité des pansements sur la réépithélialisation. Quoique incomplète par rapport au

devis expérimental prévu initialement (le groupe évaluant les pansements de CSTA a été

perdu), cette étude a permis de comparer les pansements adipeux à des pansements de

fibroblastes de même qu’à des plaies sans pansement. Un groupe expérimental additionnel

dans lequel les pansements adipeux étaient changés en cours de guérison a également

permis de vérifier s’ils subissaient une dégradation et possiblement une perte d’efficacité

dans le temps. Ce changement de pansement a été appliqué seulement aux pansements

adipeux tel qu’expliqué au Chapitre 3 (section 3.2), ce qui limite la portée des conclusions

qui peuvent en être tirées.

Les pansements adipeux et les pansements de fibroblastes maintenus en place

pendant les six jours de guérison semblent avoir eu un effet comparable sur le phénomène

de réépithélialisation puisqu’aucun écart significatif n’a été détecté (Fig 3.8). Il n’y a que

les pansements adipeux changés en cours de guérison qui sont parvenus à accélérer la

vitesse de fermeture des plaies de manière significative par rapport à ces deux derniers, de

l’ordre de 10% d’aire recouverte supplémentaire après quatre jours de guérison. Cet écart

modeste numériquement est toutefois une constatation intéressante dans le contexte d’étude

actuel.

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82

D’abord, il est important de reconnaitre les limites du modèle à exposer les écarts.

Premièrement, la petite taille de la plaie et le court temps de guérison nécessaire à sa

fermeture rendent la mise en évidence de différences numériques ardue. Un effet important

du pansement est nécessaire pour être en mesure de montrer un écart statistique en peu de

temps comparativement à des modèles d’étude où les plaies chroniques produites tardent à

guérir. En effet, au moment où les courbes graphiques se distinguent et se séparent les unes

des autres, le centre de la plaie est pratiquement atteint (Fig 3.8). Dans la plupart des études

de guérison in vivo de plaies chroniques disponibles dans la littérature, le délai pour

l’atteinte d’une guérison complète, même dans un modèle non pathologique, se situe entre

10 et 21 jours. Un tel délai entre le début de l’intervention et la fermeture de la plaie facilite

la mise en évidence d’un effet même minime puisqu’un faible avantage appliqué

quotidiennement à la vitesse de réépithélialisation s’accumule au fil des jours et devient

notable. Le délai de guérison alloué est donc un facteur déterminant pour permettre la mise

en évidence de différences qui existent réellement. L’agrandissement de la taille des plaies

in vitro à 10 ou 12 mm de diamètre pourrait être envisagé.

Deuxièmement, le milieu de culture utilisé après la création des plaies est

relativement riche en facteurs de croissance et en éléments nutritifs. Malgré que la quantité

de sérum bovin qu’il contient ait été limitée à 2%, ce milieu de culture « pour kératinocytes

» contenant des additifs tels que de l’insuline et de l’hydrocortisone est optimal à la

croissance de ceux-ci. Il est possible que les molécules bioactives produites par les

pansements aient eu un impact limité dans ce contexte puisque les kératinocytes étaient

déjà dans un environnement favorable à leur croissance. Il est difficile de déterminer avec

certitude la quantité minimale de sérum avec laquelle il est possible de maintenir des

conditions de croissance acceptables tout en permettant l’expression des effets biologiques

des pansements. Une réduction de la quantité de sérum bovin à 1% ou même à 0,5%

pourrait être une alternative dans des expérimentations de guérison des plaies in vitro

futures. Une autre alternative pourrait être l’utilisation d’un milieu de culture défini avec

lequel un contrôle des variables est facilité.

Les conditions de culture favorables dans lesquelles évoluent les plaies de tous les

groupes favorisent donc la guérison sans intervention. Il devient alors encore plus difficile

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de montrer un effet des pansements dans ce contexte. Les plaies sans pansement se sont

d’ailleurs refermées à une vitesse comparable aux plaies pour lesquelles le pansement

adipeux a été changé tous les deux jours. Si le milieu de culture utilisé dans le modèle in

vitro n’avait pas été suffisamment riche en facteurs de croissance et en éléments nutritifs,

les plaies sans pansement ne se seraient pas refermées aussi rapidement. De plus, tel que

mentionné dans le Chapitre 3, la force mécanique qu’exerce probablement le pansement sur

les kératinocytes en migration donne une longueur d’avance aux plaies sans recouvrement.

Il est donc compréhensible que ces plaies ont connu une progression avantageuse dans la

deuxième étude et cette observation supporte l’explication selon laquelle le modèle rend la

mise en évidence d’écarts statistiques difficiles. Notons également que l’absence de

pansement n’est pas souvent une option en clinique puisqu’un recouvrement est nécessaire

pour protéger la plaie contre le frottement et l’infection. Les plaies sans pansement

constituent donc un comparatif intéressant dans le projet actuel, mais il ne reflète pas

exactement la réalité clinique.

Le but de cet argumentaire est de remettre en contexte les résultats obtenus et non

de discréditer le modèle. Tel que décrit plus tôt, le modèle in vitro adapté permet d’évaluer

de manière isolée le phénomène de réépithélialisation et présente la force majeure d’offrir

des conditions d’étude similaires pour chaque plaie. Le fait que des différences entre les

pansements adipeux maintenus en place pendant six jours et ceux changés tous les deux

jours aient pu être mises en évidence mérite donc une attention particulière. De plus, le fait

que les pansements adipeux se soient comportés de manière similaire aux pansements de

fibroblastes confirme l’intérêt de ces cellules. Elles pourraient devenir une alternative ou un

complément intéressant dans la conception et la production de pansements biologiques. Les

CSTA et par extension le tissu adipeux constituent, rappelons-le, une source accessible et

abondante de cellules pouvant servir de matériel de construction pour des pansements. Le

projet actuel confirme ainsi la pertinence d’évaluer le potentiel du tissu adipeux pour le

traitement des plaies. Le potentiel des CSTA seules, quoique bien décrit dans la littérature

comme étant favorable à la guérison des plaies sous forme d’injection ou en application

locale (Cherubino et al., 2011), devra être exploré davantage sous forme de pansement

avant de pouvoir conclure.

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L’altération possible des pansements au fil du temps est un élément important à

considérer dans l’utilisation des pansements biologiques faits de tissu adipeux, mais aussi

dans l’utilisation de pansements biologiques en général. Il est très probable que l’exposition

à l’air rende les pansements moins efficaces au fil du temps, comme en témoigne

l’avantage qu’ont eu les plaies où le pansement adipeux a été changé tous les deux jours.

L’analyse histologique des pansements adipeux supporte cette hypothèse. En effet, les

pansements adipeux maintenus en place durant six jours semblent avoir perdu une part

importante de leur volume (Fig 3.13).Implicitement, cette perte de volume pourrait se

traduire par une baisse d’efficacité de ces pansements. La protection du contact direct avec

l’air est donc un déterminant important dans l’amélioration de la durée de vie et de

l’efficacité des pansements. Il serait également pertinent de procéder à des tests de viabilité

cellulaire sur les pansements par une technique d’identification des cellules mortes par

fluorescence. Ceci permettrait de vérifier la survie globale des cellules selon le temps

d’utilisation.

Afin de protéger les pansements, l’application d’une pellicule plastifiée de type

Tegaderm® pourrait être bénéfique. Appliquée sur le dos d’un animal par exemple, elle

servirait à la fois à maintenir le pansement en place et à le protéger de l’air ambiant. Une

autre méthode qui pourrait être efficace serait l’ajout de kératinocytes à la surface externe

du pansement. Une telle mesure complexifierait la production des pansements en y ajoutant

une étape supplémentaire, mais pourrait en même temps offrir un pouvoir sécrétoire

additionnel puisque les kératinocytes produisent des facteurs de croissance favorables à la

réépithélialisation (Martin, 1997, Stadelmann et al., 1998). Cette avenue a déjà été explorée

lors de travaux précédents au laboratoire et mérite d’être réenvisagée.

La quantification des molécules bioactives produites par les pansements a été une

étape importante de ce projet. L’étude pilote, en plus de permettre de vérifier la faisabilité

du projet et d’optimiser la méthode d’évaluation, a permis de vérifier pour une première

fois le potentiel sécrétoire des pansements au moment précédant leur mise en place sur les

plaies. La Figure 3.4 rapporte que la leptine, tel qu’attendu, est quasi exclusivement

produite par les pansements adipeux (46,6 ± 6,7 ng/mL comparativement à 1,9 ± 0,4 et 1,5

± 0,3 ng/mL par les pansements de fibroblastes ou de CSTA respectivement). Ce résultat

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corrobore la littérature à l’effet que la production de leptine est une fonction spécialisée des

adipocytes (Friedman et al., 1998) et concorde avec les résultats précédemment obtenus au

sein de l’équipe. Une production plus abondante d’angiopoïétine-1 par les pansements

adipeux est également observée telle que précédemment décrite (Dallabrida et al., 2003).

Elle est deux fois plus abondante dans les surnageants des pansements adipeux que dans

ceux de fibroblastes ou de CSTA. Le VEGF est quant à lui produit davantage par les

pansements de CSTA que par les pansements adipeux. Il est également intéressant de

constater que les pansements adipeux et les pansements de fibroblastes ont produit une

quantité comparable de VEGF.

Dans les études subséquentes (première et deuxième étude), les différences

quantitatives notées dans les sécrétions des pansements se sont maintenues. La Figure 3.7

qui compare des pansements doubles de CSTA à des pansements adipeux lors de la

première étude confirme les tendances observées à l’étude pilote. La deuxième étude

évaluant des pansements triples montre également (Fig 3.9) les mêmes tendances, quoique

l’ampleur des valeurs quantitatives diverge. Notons que les dosages protéiques de cette

étude ont été faits dans des conditions différentes puisque le milieu prélevé était du milieu

adipogénique plutôt que du milieu sans sérum et sans phénol comme dans les deux analyses

précédentes. Tous les pansements ont été conservés dans ce milieu pendant 48 heures, mais

seulement les pansements adipeux y avaient été préalablement exposés. Cette étape a donc

possiblement surestimé la détection dans les surnageants des pansements de fibroblastes et

de CSTA, pour la leptine tout au moins.

Des résultats précédemment obtenus par l’équipe tendaient à montrer que les tissus

contenant des adipocytes produisaient une quantité significativement plus élevée de VEGF

que les CSTA, observation qui diffère dans l’analyse actuelle. Cette divergence notable

s’explique probablement par l’utilisation de milieux de culture différents au cours de ces

deux analyses. En effet, le milieu de culture à base d’EGM2 utilisé précédemment par

l’équipe pourrait avoir favorisé une production plus importante de VEGF par les adipocytes

que le milieu adipogénique actuel. Dans une moindre mesure, le moment choisi pour

induire la différenciation adipocytaire pourrait aussi avoir modifié la production de VEGF.

L’induction était habituellement effectuée au septième jour de culture tandis qu’elle est

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réalisée au dixième jour dans la conception actuelle des pansements. Cette induction plus

tardive pourrait avoir réduit le nombre d’adipocytes retrouvés dans les feuillets cellulaires

produits et ainsi avoir affecté à la baisse la production de VEGF. De plus, des différences

dans les populations cellulaires utilisées pourraient expliquer en partie la variation de

détection du VEGF.

Il serait également pertinent de procéder à la détection quantitative de molécules

autres que la leptine, le VEGF et l’angiopoïétine-1. Le PDGF serait une molécule d’intérêt

puisque son effet favorable à la guérison des plaies, plus précisément sur la croissance de

l’épithélium, est bien décrite (Singer et al., 1999). Cette molécule serait retrouvée en

quantité appréciable dans le tissu adipeux (Pallua et al., 2009). Le PAI-1, une molécule

produite par les CSTA ainsi que les adipocytes (Bastelica et al., 2002, Crandall et al.,

2000), est reconnue comme étant entre autres impliquée dans l’angiogenèse et serait

également une cible pertinente.

L’effet des différents pansements a finalement été qualifié par des analyses

histologiques et immunohistochimiques. Des coupes transversales de plaies complètes

colorées au trichrome de Masson ont permis de constater que la migration des kératinocytes

se déroule de manière organisée, peu importe le type de pansement utilisé (Fig 3.11). Les

fronts de migration des plaies recouvertes d’un pansement ont d'ailleurs une apparence

comparable à ceux d’une plaie sans pansement. De plus, les analyses

immunohistochimiques de marqueurs spécifiques suggèrent que la différenciation des

kératinocytes (K10), la formation d’une jonction dermo-épidermique (Collagène de type

IV) et la présence de cellules prolifératives de l’épiderme (Ki-67) sont qualitativement

comparables en présence ou non d’un pansement (Fig 3.12). Un décompte des cellules

exprimant Ki-67 pourrait permettre de comparer quantitativement l’expression selon le type

de pansement utilisé et ainsi valider l’observation qualitative.

Ces résultats confirment que la présence d’un pansement sur une plaie n’est pas

nuisible à la réépithélialisation lorsque la cohésion du pansement avec le feuillet migratoire

est prévenue. La pression exercée sur les kératinocytes par le pansement aurait pu favoriser

la formation de langues de migration plus minces ou nuire à l’organisation et la

différenciation d’un nouvel épiderme, ce qui n’est pas le cas dans les analyses effectuées.

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Les coupes histologiques indiquent que les kératinocytes ont été en mesure de migrer et de

former un nouvel épiderme possédant les caractéristiques morphologiques d’une peau

normale malgré cette pression. De même, les marqueurs immunohistochimiques supportent

cette affirmation puisque leur localisation et leur organisation se comparent à celle d’une

peau humaine normale.

4.3 Poursuite du projet sur un modèle animal

L’évaluation des pansements biologiques faits de CSTA ou de tissu adipeux sur un

modèle animal constitue la prochaine étape de ce projet. Tel que discuté, le modèle in vitro

permet de mettre en évidence les effets possibles des pansements, mais certains paramètres

limitent les conclusions qui peuvent être tirées. Il est donc nécessaire d’utiliser un modèle

animal afin de confirmer ou non le potentiel des pansements de CSTA ou de tissu adipeux

tout en reproduisant le plus fidèlement possible l’utilisation clinique envisagée.

Plusieurs types d’animaux ont déjà été utilisés pour l’évaluation des effets des

CSTA sur la guérison des plaies de la peau, tel que revu à la section 1.3.1 et 1.3.2. Certains

auteurs ont utilisé des animaux sans pathologie particulière tandis que d’autres ont choisi

des animaux irradiés, ischémiques ou diabétiques.

Les souris diabétiques offrent un modèle d’étude particulièrement intéressant pour

l’évaluation des pansements biologiques. Le diabète est la cause la plus répandue d’ulcères

chroniques chez l’homme et son mécanisme pathologique est particulièrement susceptible

de répondre à une intervention favorisant potentiellement l’angiogenèse. De bonnes études

récentes ont d’ailleurs utilisé ce modèle pour évaluer le potentiel des CSTA dans la

guérison des plaies (Amos et al., 2010, Nambu et al., 2009). L’évaluation du potentiel des

cellules adipeuses appliquées directement sur une plaie diabétique animale n’a jusqu’à ce

jour jamais été évaluée, ce qui constitue un intérêt supplémentaire à utiliser ce modèle.

La contraction est un mécanisme de guérison particulièrement actif chez les

rongeurs et il sera essentiel de réduire son impact afin de pouvoir reproduire le plus

fidèlement possible la guérison humaine (Davidson, 1998). Une technique couramment

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utilisée dans la littérature consiste à ancrer les marges de la plaie à l’aide d’une rondelle de

silicone afin de retenir la peau saine en périphérie de la plaie. Cette technique est

relativement simple à réaliser et peut être accomplie à faible coût. Une autre alternative

dans l’évaluation des pansements serait le porc, mais les coûts reliés à l’utilisation de ces

animaux restreignent la faisabilité d’utiliser une telle technique (Galiano et al., 2004).

La manière dont le pansement est utilisé sur les animaux est une autre considération

importante. En clinique, les pansements synthétiques servant à recouvrir des plaies

chroniques sont généralement changés trois fois par semaine. Il serait donc raisonnable de

procéder à l’étude animale des pansements de CSTA et de tissu adipeux en les changeant à

tous les deux jours tel que réalisé précédemment in vitro. Il demeure essentiel de tenter

d’optimiser la durée de vie de ces pansements afin d’éventuellement en faire une alternative

clinique encore plus attrayante et pratique à utiliser.

Enfin, l’utilisation de souris diabétiques comme modèle serait une occasion idéale

de tenter de protéger davantage la surface externe des pansements adipeux ou de CSTA.

L’utilisation d’un adhésif servant à la fois de protection pour le pansement et de support

pour son maintien en place permettra peut-être d’optimiser son effet et de préserver son

épaisseur initiale.

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6 Chapitre 5 - Conclusion

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Le projet actuel a permis d’adapter un modèle de guérison des plaies in vitro à

l’utilisation et l’évaluation de pansements biologiques. Il a également été possible de

caractériser les forces et les faiblesses du modèle pour l’étude de l’efficacité de ces

pansements sur le phénomène de réépithélialisation.

L’utilisation des techniques de culture bien établies par Dre Fradette a également

permis de concevoir avec succès des pansements biologiques faits de CSTA ou de tissu

adipeux par la technique d’auto-assemblage. Ces pansements se sont avérés être robustes et

faciles d’utilisation. L’utilisation des CSTA, une source abondante et accessible de cellules

souches, constitue une avenue de choix afin de permettre la création de technologies de

pointe en guérison des plaies.

La recherche actuelle et la littérature suggèrent que le tissu adipeux pourrait avoir

un effet bénéfique sur la guérison des plaies. Le tissu adipeux pourrait être utilisé en

complément ou alternativement aux fibroblastes dermiques pour la production de

recouvrements autologues utiles dans le traitement des plaies cutanées comme des ulcères

diabétiques. Les pansements contenant des adipocytes semblent avoir un potentiel au moins

équivalent à ceux faits de fibroblastes dermiques, soit le type cellulaire actuellement utilisé

dans la plupart des pansements biologiques disponibles commercialement.

De plus, la quantification de molécules bioactives confirme que les CSTA et le tissu

adipeux produisent des facteurs proangiogéniques susceptibles de favoriser la guérison de

plaies pathologiques in vivo tels que les ulcères diabétiques. La mise en évidence d’une

considération majeure, l’exposition à l’air, dans l’efficacité et la durabilité des pansements

oriente les améliorations prioritaires à apporter au concept de pansement biologique pour

des études in vitro futures. La présente recherche confirme que la guérison des plaies en

présence de pansements biologiques semble se dérouler de manière organisée.

La pertinence d’évaluer les pansements de CSTA et les pansements adipeux sur un

modèle animal est importante. Cette démarche constitue la prochaine étape afin de

caractériser pleinement l’effet de ces pansements. Le potentiel de cette technologie pour le

traitement des ulcères chroniques est grand et mérite d’être approfondi dans un futur

proche.

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