Encapsulation de MSC métaboliquement standardisées pour une thérapie innovante de l’arthrose – METAB-OA

Le projet METAB-OA repose sur une approche intégrée combinant biologie cellulaire, ingénierie des biomatériaux et modèles expérimentaux de l’arthrose.

Dans un premier temps, des cellules stromales mésenchymateuses (MSC) issues du tissu adipeux ont été isolées et leur métabolisme modulé afin d’évaluer l’impact de cet état sur leurs fonctions biologiques. Des analyses complémentaires (tests fonctionnels, expression de gènes, profils immunitaires) ont permis de caractériser leurs propriétés anti-inflammatoires et leurs interactions avec les cellules du système immunitaire.

En parallèle, des stratégies de vectorisation ont été développées pour améliorer leur efficacité après injection. Les MSC ont été encapsulées dans des microgels injectables, conçus pour les protéger et prolonger leur activité dans l’articulation. Plusieurs technologies ont été explorées, notamment le micromoulage et la bio-impression, afin d’optimiser la taille, la reproductibilité et la possibilité de production à plus grande échelle.

Les effets des MSC, avec ou sans préconditionnement, ont ensuite été étudiés in vitro puis dans des modèles d’arthrose chez l’animal. Le projet a évolué vers un modèle murin d’arthrose inflammatoire, mieux adapté à l’étude des mécanismes immunitaires.

Enfin, des analyses de pointe ont été mises en œuvre, notamment le séquençage de cellules uniques (scRNA-seq), permettant d’analyser finement les cellules présentes dans l’articulation et leurs interactions après traitement.

L’ensemble de ces approches a permis de relier les modifications du métabolisme des MSC à leur efficacité thérapeutique et à leur comportement dans un environnement inflammatoire complexe.

Les résultats du projet METAB-OA démontrent qu’il est possible d’améliorer significativement les propriétés anti-inflammatoires des cellules stromales mésenchymateuses (MSC) issues du tissu adipeux en modifiant leur fonctionnement interne.

Dans le WP1, ces cellules ont été reprogrammées vers un état métabolique glycolytique, correspondant à une utilisation différente de l’énergie. Cette modification a été validée par des analyses biologiques et moléculaires. Sur le plan fonctionnel, ces MSC reprogrammées présentent une capacité renforcée à réguler le système immunitaire. Elles réduisent plus efficacement la prolifération de lymphocytes T impliqués dans l’inflammation, rééquilibrent leur profil vers des états moins inflammatoires et diminuent la proportion de cellules associées aux réponses inflammatoires chroniques. Elles agissent également sur l’immunité innée en réduisant les macrophages pro-inflammatoires, acteurs clés de l’inflammation articulaire.

Un résultat important du projet est que cette amélioration reste transitoire : les cellules reviennent progressivement à leur état initial en environ une semaine. Ce résultat, loin d’être uniquement une limite, constitue une avancée essentielle car il met en évidence un verrou biologique majeur et oriente clairement les recherches vers des stratégies permettant de stabiliser ces effets dans le temps.

Dans le WP2, différentes approches ont été développées pour améliorer la délivrance des MSC dans l’articulation. Les cellules ont été encapsulées dans des hydrogels injectables sous forme de microgels de taille contrôlée. Ces microgels ont été obtenus par micromoulage et par bio-impression, cette dernière offrant des perspectives intéressantes pour une production automatisée. En revanche, la microfluidique n’a pas permis d’obtenir des résultats satisfaisants. Les travaux ont montré que, malgré leur intérêt, ces systèmes d’encapsulation ne permettent pas de maintenir les effets améliorés des MSC en raison du caractère transitoire de leur préconditionnement, soulignant l’importance de la stabilité des cellules.

Dans le WP3, le projet a évolué vers une approche plus mécanistique. Un modèle murin d’arthrose inflammatoire a été utilisé pour étudier les effets des MSC, avec ou sans préconditionnement. Les analyses, encore en cours, montrent que l’efficacité des cellules dépend du type de prétraitement et du contexte inflammatoire.

Une avancée majeure du projet réside dans l’intégration d’analyses de séquençage de cellules uniques (scRNA-seq), permettant pour la première fois d’étudier à haute résolution les cellules de l’articulation dans ce modèle après traitement. Ces approches mettent en évidence le rôle central des macrophages et permettent de mieux comprendre comment les MSC modifient l’environnement inflammatoire.

Dans l’ensemble, le projet montre qu’il est possible d’optimiser les MSC pour mieux contrôler l’inflammation, tout en identifiant les limites actuelles et les leviers d’amélioration. Ces rés

Les résultats du projet METAB-OA ouvrent des perspectives importantes pour améliorer les thérapies cellulaires dans l’arthrose.

Un premier axe concerne la stabilisation des modifications métaboliques des cellules stromales mésenchymateuses (MSC). Le projet a démontré qu’il est possible d’amplifier fortement leurs propriétés anti-inflammatoires, mais que cet effet reste transitoire. Une perspective majeure consiste donc à développer des stratégies permettant de maintenir durablement ces cellules dans un état fonctionnel optimisé, notamment grâce à des approches d’ingénierie génétique ou à de nouveaux protocoles de préconditionnement plus stables.

Un deuxième axe concerne l’optimisation de la délivrance des cellules dans l’articulation. Les travaux d’encapsulation ont validé l’intérêt des microgels injectables, en particulier via la technique de micromoulage, qui permet une bonne reproductibilité. Toutefois, pour envisager une production à plus grande échelle et une future application clinique, des solutions plus automatisées devront être développées. À ce titre, la bio-impression apparaît comme une approche très prometteuse et constitue une perspective directe du projet.

Un troisième axe porte sur la compréhension fine des mécanismes d’action des MSC. Les analyses réalisées dans le modèle d’arthrose inflammatoire, et en particulier les approches de séquençage à cellule unique (scRNA-seq), offrent une vision inédite des interactions cellulaires dans l’articulation. Elles mettent en évidence le rôle central des macrophages et fournissent une base précieuse pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.

Enfin, ces résultats soulignent l’importance d’une approche plus intégrée et personnalisée des thérapies cellulaires. L’efficacité des MSC dépend étroitement de leur état fonctionnel, de leur mode de préparation et du contexte inflammatoire.

À plus long terme, METAB-OA ouvre la voie au développement de thérapies cellulaires de nouvelle génération, plus stables, mieux contrôlées et potentiellement capables de traiter plus efficacement l’arthrose.

L'arthrose (OA), maladie articulaire la plus répandue, est caractérisée par des altérations structurelles et fonctionnelles de tous les tissus des articulations. Actuellement, l’approche de thérapie cellulaire la plus prometteuse pour traiter l’OA repose sur les propriétés pléiotropes des cellules stromales/souches mésenchymateuses (CSM) qui possèdent des propriétés tissu-protectrices et immunorégulatrices. L’injection intra-articulaire (IA) des MSC dans des études précliniques et cliniques de phase I ou II a été décrite comme sûre et bien tolérée. De plus, le partenaire 1 (INSERM U1183-IRMB, Montpellier) a démontré la capacité de CSM à réduire la gravité clinique de l'OA dans un modèle animal d’OA en diminuant l'inflammation et en protégeant le cartilage et l’os de leur dégradation. Cependant et malgré une amélioration clinique significative des patients atteints d’OA, l’injection IA des MSC n’a de bénéfice qu’à court terme. Ainsi, il est supposé que le faible taux de survie des MSC injectées en IA, ce qui limite fortement leur temps de résidence dans l’articulation arthrosique dégradée, associé à leur hétérogénéité biologique, pourraient réduire considérablement leur effet bénéfique à long terme dans l’OA.
L’hétérogénéité phénotypique et métabolique des sous-types de MSC est dynamique et peut-être exacerbée par le processus d’expansion cellulaire des CSM pour le passage à la clinique. Pour surmonter cette première limitation, le partenaire 1 a récemment démontré que le métabolisme des CSM gouverne leurs propriétés immunosuppressives et anti-inflammatoires et développé une approche d’expansion des cellules capable de standardiser les CSM au niveau métabolique. De plus, le partenaire 2 (INSERM U1229-RMeS, Nantes) a développé des hydrogels cytoprotecteurs et un procédé d’encapsulation cellulaire par micro-moulage afin d’améliorer la survie et le maintien des CSM dans le tissu articulaire lésé.
Compte tenu de l'effet thérapeutique prometteur des CSM dans l'OA et du rôle potentiel de la standardisation métabolique des CSM sur leurs propriétés immunomodulatrices, le projet METAB-OA a pour but de déterminer si la stabilité métabolique des CSM dérivées du tissu adipeux peut améliorer leur potentiel anti-OA et si leur encapsulation dans des hydrogels injectables peut préserver leur statut métabolique et permettre leur survie après injection tout en leur apportant un environnement favorable préservant leurs fonctions. Ainsi, les objectifs spécifiques du projet METAB-OA sont de (i) générer des CSM dérivées du tissu adipeux induites à se reprogrammer métaboliquement vers la glycolyse (iAT-CSM) et ayant des propriétés anti-arthrosiques cliniquement pertinentes, (ii) encapsuler ces iAT-CSM dans des microgels d’alginate pour les protéger de la mort cellulaire au cours de l’injection et limiter leur dispersion hors de l’espace articulaire et (iii) démontrer l’effet thérapeutique accru des iAT-CSM micro-encapsulées dans un modèle d’arthrose chez le lapin.
Pour répondre à ces objectifs, le projet METAB-OA sera organisé en 4 groupes de travail (GT): • GT0 : Gestion du projet, communication et valorisation, • GT1 : Production d’une population homogène d’AT-MSC (iAT-MSC) avec des propriétés immunosuppressives et chondro-protectrices accrues, • GT2 : Génération d’hydrogels micro-moulés pour encapsuler et protéger les iAT-MSC et • GT3 : Preuve de concept de l’efficacité des iAT-MSC encapsulées dans un modèle précliniques d’OA chez le lapin. En cas de succès, le projet METAB-OA nous permettra sans aucun doute d’envisager des essais cliniques et de proposer une thérapie optimisée aux patients atteints d'arthrose.