Hydrodynamic Production and Iron Engineering of Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles

Production Hydrodynamique et Ingénierie en Fer de Vésicules Extracellulaires de Cellules Souches Ce travail aborde deux défis essentiels dans le domaine des vésicules extracellulaires (VE) : le développement de méthodes pour la production à haut rendement de VEs actives sur le plan thérapeutique avec un minimum de matériel cellulaire, et le développement de stratégies efficaces pour la bio-ingénierie des VEs afin qu'elles servent de modes d'administration de médicaments efficaces.La première partie propose une puce millifluidique à fentes transversales conçue pour déclencher la production à haut rendement de VEs biologiquement actives à partir d'une quantité minimale de cellules. En fonction du débit, un vortex unique se forme dans les canaux de sortie, exposant le matériel cellulaire transporté dans le flux à des contraintes visqueuses élevées. La puce peut accueillir des cellules productrices dans leur environnement physiologique, telles que des sphéroïdes de cellules souches mésenchymateuses humaines (MSCs), tout en facilitant la visualisation et le suivi de sphéroïdes individuel dans le vortex. Ce contrôle précis des contraintes visqueuses au niveau du sphéroïde permet de libérer jusqu'à 30 000 VEs par cellule à un nombre de Reynolds d'environ 400, sans compromettre l'intégrité cellulaire. En outre, l'étude élucide la présence d'un seuil en Reynolds déclenchant la production de VEs, prouvant l'existence d'un mécanisme stress-dépendant régissant la sécrétion des vésicules. Les VEs produites en masse de manière hydrodynamique présentent un profil protéique spécifique par rapport à celles produites à partir de monocouches privées de sérum, notamment avec des protéines mésenchymateuses et thérapeutiques régulées à la hausse, ainsi que de meilleures propriétés angiogéniques et de cicatrisation. Ces résultats soulignent non seulement l'importance d'utiliser des sphéroïdes comme unité de production, mais aussi les avantages de cette nouvelle méthode.La deuxième partie explore la possibilité d'exploiter les mécanismes de tri de cargo se déroulant pendant la biogenèse des vésicules extracellulaires (VEs) pour faciliter en le chargement en fer, évitant ainsi la nécessité d'une ingénierie après leur sécrétion. Des cellules souches mésenchymateuses murines (mMSC) ont été incubées avec des nanoparticules d'oxyde de fer, qui se lient à la membrane plasmique avant d'être internalisées dans les endosomes, ou avec des ions fer, qui sont partiellement séquestrés dans la ferritine cytosolique. La libération des VEs a été induite soit par privation de sérum, soit par stimulation hydrodynamique dans des bioréacteurs favorisant une sécrétion rapide et à haut rendement de VEs. Alors que la privation de sérum entraîne un chargement absolu en fer similaire pour les nanoparticules et les ions fer, la condition ions fer entraîne le chargement dans les vésicules d'une plus grand fraction du fer initialement présent dans la cellule. En revanche, si la stimulation hydrodynamique permet un chargement en ions fer similaire à celui observé avec la privation de sérum, elle présente une efficacité nettement inférieure pour l'incorporation des nanoparticules. De plus, alors que la présence de nanoparticules dans les cellules n'affecte pas la biogenèse des VEs, la présence d'ions fer stimule la libération des VEs. Une concentration plus élevée en fer intracellulaire est corrélée à une production accrue de VEs, ainsi qu'à une plus forte teneur en fer par vésicule. Ces résultats fournissent des informations précieuses sur l'interaction entre l'initiation par le fer de la production de vésicules, la biogenèse des VEs et le tri des cargaisons, mettant en lumière le potentiel du chargement en fer des VEs pour des applications thérapeutiques.