Mesenchymal stromal cells encapsulated in alginate microparticles : design and evaluation of their anti-arthritis potential after intra-articular injection in rabbit

L'arthrose (OA) est une maladie inflammatoire dégénérative multifactorielle touchant les articulations mobiles et elle constitue la principale cause d’incapacité chez l’adulte. Malgré cette incidence, il n'existe à ce jour aucun traitement efficace permettant de stopper ou ralentir la progression de la maladie. En raison de leur capacité à sécréter des molécules immunomodulatrices, anti-apoptotiques, anti-fibrotiques et anti-inflammatoires, les cellules stromales mésenchymateuses (MSCs) constituent un outil thérapeutique prometteur pour prévenir la dégénérescence liée à l’OA. En effet, certains effets bénéfiques des MSCs ont déjà été démontrés après injection intra-articulaire dans des modèles animaux et chez des patients arthrosiques. Toutefois, ces injections intra-articulaires de CSM présentent des limites importantes : (i) une mort cellulaire massive et (ii) un risque de fuite des cellules en dehors de l'espace articulaire. Dans ce contexte, nous avons fait l'hypothèse que l'association des cellules avec un hydrogel injectable cytoprotecteur permettrait de maintenir les cellules au sein de l’articulation afin de contourner ces limites et d’optimiser leurs effets thérapeutiques. Au cours de ce travail, nous avons développé une approche de micromoulage afin d’encapsuler des MSCs humaines dérivées du tissu adipeux dans des particules d’alginate d’environ 100 μm. Nous avons démontré que ces cellules étaient capables de répondre in vitro à une stimulation pro-inflammatoire par libérations de facteurs anti-arthrosiques. Puis nous avons évalué l’effet des cellules encapsulées après injection intra-articulaire dans un modèle d’arthrose induite chirurgicalement chez le lapin.Osteoarthritis (OA) is a multifactorial degenerative inflammatory disease affecting the mobile joints and is the leading cause of disability in adults. Despite its incidence, to date there is no effective treatment to stop or slow the progression of the disease. Since inflammation plays a major role in the onset and the progression of OA, the ability of mesenchymal stromal cells (MSCs) to secrete immunomodulatory, anti-apoptotic, anti-fibrotic and anti-inflammatory molecules constitutes a relevant therapeutic tool to prevent OA-associated degeneration. The benefits of MSCs intra-articular injections have already been demonstrated on OA animal models and patients. However, these intra-articular injections have limitations: (i) massive cell death and (ii) a risk of cell leakage out of the joint space. In this context, we hypothesized that the association of cells with an injectable cytoprotective hydrogel would allow to maintain the cells within the joint and thus optimize their therapeutic effects. Thus, we developed a micromolding approach to encapsulate adipose human MSCs in alginate particles of about 100 μm. We demonstrated that these cells were capable of responding to in vitro pro-inflammatory stimulation by releasing anti-OA factors. We then evaluated the effect of encapsulated cells after intra-articular injection in a rabbit model of surgically OA