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Cellules souches et Arthrose Samedi 8 Juin 2019 - Rouen - SNMS Dr Yves-Marie PERS MCU-PH Immunologie clinique et Thérapeutique ostéo-articulaire Département de Rhumatologie - CHU Montpellier ympers2000@yahoo.fr
Comment est définie une MSC ? • Définition d’une CSM ➢ Adhésion au plastique ➢ Phénotype cytométrie : • Négatif : CD34, CD45, CD11b/CD19 ou CD14 ou CD79a/HLA/DR • Positif : CD90, CD105, CD73 ➢ Différenciation : adipocytes, ostéocytes, chondrocytes • Auto-renouvèlement • Niche hématopoïétique
Quelles sont les fonctions des MSC ? • Fonctions des CSM ➢ Support progéniteur ➢ Anti-fibrotique ➢ Pro-chimiotactisme ➢ Anti-apoptotique ➢ Pro-angiogénique ➢ Immunomodulation 4 Courtesy Barry F et al. The Biology and Therapeutic Applications of Mesenchymal cells. Volume 2. Chapter
Quelles sont les fonctions des MSC ? • Immunomodulation via les CSM : « chef d’orchestre » Activation 5 Tyndal A. Nat Review Rheum. 2013
Où trouve t’on des MSC – “stromal cells” ? • Sources des CSM ➢ Moelle osseuse ➢ Tissu adipeux ➢ Cordon ombilical/placenta • ASC vs BM-CSM ➢ Facile à prélever ➢ Autologue (sécurité) ➢ Meilleures propriétés anti- inflammatoires 6 De Girolamo L. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2016
Preuves de concept des ASC dans l’arthrose • HGF-mediated paracrine effect of ASCs on chondrocytes HGF induction Collagen I expression Collagen III expression 2.0 2.0 200 0.05 * HGF concentration (pg/mL) Col III expression Col I expression 1.5 1.5 ) (fold change) (fold change) Δ CT 150 0.04 HGF expression (2 - 1.0 1.0 0.03 * * 100 *** 0.5 0.02*** 0.5 50 0.0 0.01 0.0 ND Chondrocytes + + + + + Chondrocytes + + + + + 0 0.00 ASC - + + + - ASC - + + + - Ch ASC Co- Ch Ch ASC ASC αHGF-Ab - - + - - α HGF-Ab - - + - - alone alone culture -co -co Isotype control - - - + - Isotype control - - - + - rhHGF (50ng/mL)- - - - + rhHGF (50ng/mL)- - - - + ASC maintain chondrocyte phenotype and prevent chondrocyte hypertrophy HGF is a key factor for this paracrine effect 7 Maumus M et al. Stem cell Res. 2013
Preuves de concept des ASC dans l’arthrose • Effect of ASC on synoviocytes and OA chondrocytes ▪ Synoviocytes or chondrocytes were co- cultured in monolayer with ASC for 7 days ▪ Synoviocytes: ASCs significantly down- modulate the expression of IL1β, IL6 and IL8 ▪ Chondrocytes: ASC significantly decreased IL1β, IL6, MMP13, MCP-1 and MIP-1α 8 Manferdini et al. Arthritis and Rheumatol. 2013
Preuves de concept des ASC dans l’arthrose • Single injection of ASCs into the knee-joint at an early or late time point after induction of OA (Collagenase model) d-7 d-5 d0 d14 d42 Collagenase Mice sacrificed ASC injection for Histology injection • ASCs were isolated from fat surrounding the inguinal lymph nodes (Toulouse: Louis Casteilla) • ASCs were characterized on MSC-markers ▪ ASCs stained positive for CD105, CD44 and Sca-1 ▪ and negative for CD11b, CD34 and cKit ▪ ASCs (2. 104) were unilaterally injected into the OA knee-joint in 6 µL 9 Ter Huurne and Van Lent P et al. Arthritis and Rheumatol. 2012
Preuves de concept des ASC dans l’arthrose • Collagenase OA model at day -7, ASC treatment at day 0 Day 42 Synovial activation (arbitrary score) Synovial activation 2.5 * 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 * SC SC l l tr tr C A C d14 d42A n= 10 per group * p< 0.05 10 Ter Huurne and Van Lent P et al. Arthritis and Rheumatol. 2012
Preuves de concept des ASC dans l’arthrose 24 hrs after injection: 105 ASC ligaments ASC ASC JS ASC JS ASC 3T3 Draining lymph nodes 11 Ter Huurne and Van Lent P et al. Arthritis and Rheumatol. 2012
Preuves de concept des ASC dans l’arthrose Cellules souches mésenchymateuses Facteurs sécrétés PGE2, IDO, THBS1, TIMP-1, TIMP-2, HGF… Anti-fibrotique Anti-apoptotique Prolifération des chondrocytes Articulation arthrosique Chondroprotection Anti-inflammatoire Fibrose Apoptose Dégradation du cartilage Formation Inflammation d’ostéophytes Pers YM et al. OAC 2015 12 Maumus M, Pers YM et al. Med Sciences 2019
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Registered Clinical trials of MSC based therapy on ClinicalTrials.gov SLE Others Myocardial infraction RA 23% MS CD OA GVHD 8% 16% Spinal Cord injury 9% Diabetes Liver cirrhosis 10% 10% Phase III Phase IV 4% 15% Phase I 31% ▪ Major stem cell used for cell therapy ▪ Easily isolated and successfully expanded ▪ Large therapeutic applications ▪ Development of large scale GMP production Phase II 13 From Xin Wei et al. 2013 50%
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme Trophic effect Angiogenesis - Skin healing - Ischemic cardiopathy - Scleroderma - Limb ischemia - Stroke Immune disorders Tissue Repair GVHD - Lupus - Bone - Arthritis - Cartilage - Sjögren syndrome - Osteoarthritis - Systemic Sclerosis - Multiple sclerosis - IBD 14 - Diabetes
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Design de l’étude : ➢ ADIPose derived stromal cells for OsteoArthritis treatment (ADIPOA). ➢ Bi-centrique (Mtp, Wurzburg), avec ASC autologues pour arthrose sévère ASC injection Adipose tissue MRI collection Arthroscopy + MRI – 35d - 14d Baseline W1 M1 M3 M6 Clinical assessment
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Flow-chart : 48 patients assessed for eligibility 18 consecutively enrolled to receive autologous ASCs 6 received 2 x 106 cells 6 received 10 x 106 cells 6 received 50 x 106 cells (Low-Dose) (Mild-Dose) (High-Dose) No patients lost to follow-up No patients lost to follow-up No patients lost to follow-up 6 patients analysed 6 patients analysed 6 patients analysed
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • N = 18 • 60 % femmes • Age : 64.6 ans • Ancienneté arthrose : 10.8 (± 6) ans • Score radiographique KL : 83.3% stade IV and 16.7% stade III • WOMAC total : 48.9 mm (± 18.07) • Score EVA douleur : 61.47 mm (± 12.52)
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme ➢ Tolérance excellente : 4 réactions locales de gonflement dans le 1er mois ➢ Analyse histologique à 3 mois: aucune prolifération cellulaire 80 VAS pain score Low Dose 60 Mild Dose High Dose 40 * 20 ➢ IRM avec séquences 0 Baseline 1 Week 3 Months 6 Months dGEMRIC (GAG) ➢ 3 patients améliorés ➢ Possible effet KOOS Questionnaire 80 structural ? * 60 40 Low Dose Mild Dose 20 High Dose 0 Baseline 1 Week 3 Months 6 Months
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Étude de phase 1 encourageante sur des formes sévères • Procédure bien tolérée • Pas de bénéfice des doses élevées • Logistique validée avec expertise européenne
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Devenir à long terme ? • Suivi des 11 patients de Montpellier • Dépend du stade initial : incidence PTG augmente avec l’importance du pincement (=score Rx) Prothèse Totale (PTG) 1 AN 2 ANS 4 ANS ADIPOA 1 18% (n=2) 36% (n=4) 55% (n=6) Nielsen FK et al. 2017 25% 45% 68% Nielsen FK et al. BMC Musculoskeletal Disorders. 2017
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Etudier l’effet de l’injection locale des ASC sur les cellules immunes circulantes des sujets ADIPOA 1 / cytométrie (CANTO II) ➢ Suivi des 18 patients à J0, J7, 1 mois et 3 mois ➢ Etude de l’effet dose 1. Altération des monocytes ? B 3. Altération des LB ? 2. Altération des DC ? T 4.Treg induction ?
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • LYMPHOCYTES T REGULATEURS Group 1 = 2x106 ASC Group 2 = 10x106 ASC Group 3 = 50x106 ASC Augmentation significative des Treg dès 1 mois après injection i.a Pas de relation dose-effet
Thérapie cellulaire par MSC chez l’homme • Switch des cellules immunitaires vers un IMMUNE Reduce INFLAMMATION phénotype régulateur REGULATION ➢ Augmentation du % de cellules Treg ✓ Données similaires dans GVHD, CROHN Treg T fistulisé, et LUPUS B M1 ➢ Réduction du % de monocytes classiques pro- M2 inflammatoires PNN ➢ Pas de différences sur les autres sous- populations (LB, DC) NO, VEGF, PGE2, TSG6, • Pas de corrélation phénotype CCL2, IL-10, PDL-1, immunologique et réponse clinique HO1, TGFβ1, HGF, HLA- G5 Zha K et al. Biol Blood Marrow Transplant 2015 Ciccocioppo R et al. Gut 2011 Sun L et al. Arthritis Rheum 2010
Niveau de preuve des essais cliniques • 11 études phase II or III • 582 patients avec gonarthrose 25 Yubo M. Plos One 2017
Niveau de preuve des essais cliniques 26 Yubo M. Plos One 2017
Niveau de preuve des essais cliniques • Subjective evaluations • Multiple dosages • Pas d’études multicentriques • Pas de double aveugle systématique • Hétérogénéité des patients 27
Tolérance des injections IA de MSC • Systematic literature review provides an overview of reported AEs human cases of intra-articular treatment with culture-expanded stem cells • Knee (503 procedures), hip (219), foot/ankle (55), shoulder (48), hand/wrist (15) and elbow (4). • No compelling arguments against proceeding with intra-articular stem cell 28 Peeters CMM. OAC 2013
Perspectives: Arthrose et CSM • Importance des essais contrôlés et randomisés (= ADIPOA 2) • Confirmation de la tolérance immunitaire à plus large échelle ? À plus long terme ? Treatment group Dose Frequency Number of patients Group 1 2.106 ADSC Single injection 51 Group 2 10.106 ADSC Single injection 51 Group 3 Vehicle Single injection 51 !
Perspectives: Arthrose et CSM • Importance des essais contrôlés et randomisés (= ADIPOA 2) • Confirmation de la tolérance immunitaire à plus large échelle ? À plus long terme ? • Une ou plusieurs injections ?
Perspectives: Arthrose et CSM • Une ou plusieurs injections ? • Essai RCT double-aveugle versus AH • 3 bras avec un suivi sur 1 an • AH une seule injection • UC-MSC une seule injection de 20.106 • UC-MSC deux injections de 20.106 espacées de 6 mois Matas J. SCTM 2019
Perspectives: Arthrose et CSM • Importance des essais contrôlés et randomisés (= ADIPOA 2) • Confirmation de la tolérance immunitaire à plus large échelle ? À plus long terme ? • Une ou plusieurs injections ? • Autologue /Allogénique
Perspectives: Rachis ECRIN IRMB Clinical centre Rome, UCBM 33
Perspectives: Rachis • Essai multicentrique RC en double-aveugle • Lombalgie chronique avec discopathie • CSM allogéniques (moelle osseuse) vs Sham • 2 bras avec 112 patients inclus • Suivi de 2 ans 34
Conclusions • Données pré-cliniques positives • Nombreuses études de phases I/II publiées • Excellente tolérance • Essai randomisé ADIPOA2 avec résultats en 2020 • Problématique des coûts • Intérêt de doses répétées • Optimisation des CSM: pre-activation (miRNA, IFNg), biomarkers 35
Montpellier Galway Rosanna Ferreira Pascale Plence Frank Barry Marie Maumus Farida Djouad Würzburg – Berlin Karine Toupet Claire Bony Ulrich Noeth Danièle Noël P Luz-Crawford Isabelle Richard Florence Apparailly Christian Jorgensen
Perspectives: Vésicules extra-cellulaires ? 37 Zhu et al. Stem Cell Research 2017
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