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International audience; The challenge of tissue engineering of the infarcted heart is how to improve stem cell engraftment, survival, homing, and differentiation for myocardial repair. We here propose to integrate human adipose-derived stem cells (ADSCs) and pharmacologically active microcarriers (PAMs), a three-dimensional (3D) carrier of cells and growth factors, into an injectable hydrogel (HG), to obtain a system that stimulates the survival and/or differentiation of the grafted cells toward a cardiac phenotype. PAMs are biodegradable and non-cytotoxic poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microspheres conveying cells on their 3D surface that deliver continuously and in a controlled manner a growth factor (GF) acting on the transported cells and on the microenvironment to improve engraftment. The choice of the appropriate GF and its protection during the formulation process and delivery are essential. In this study two GFs, hepatocyte growth factor (HGF) and insulin-like growth factor (IGF-1), have been encapsulated under a solid state in order to limit their interaction with the polymer and conserve their integrity. GF precipitation conditions and release profile from PAMs have been first investigated before combining them to ADSCs. The released IGF-1 and HGF induced the protein synthesis of cardiac differentiation markers GATA4, Nkx2.5, cTnI and CX43 after 1 week in vitro. Moreover, the GFs accelerated cell cycle progression, as suggested by the increased expression of Cyclin D1 mRNA and the widespread distribution of Ki67 protein. Integrating PAMs within the thermosensitive P407 hydrogel increased their elastic properties but decreased the transcription of most cardiac markers. In contrast, CX43 expression increased in ADSC–PAM–GF complexes embedded within the hydrogel compared to the ADSCs cultured alone in the absence of P407. These results suggest that particulate scaffolds releasing HGF and IGF-1 may be beneficial for applications in tissue-engineering strategies for myocardial repair and the association with a P407 hydrogel can increase substrate elasticity and junction connections in ADSCs.

Stem cells and polymeric bioactive scaffold complexes represent a promising therapeutic approach for neurodegenerative disorders as Parkinson's disease and Huntington's disease. Il has been previously reported that the transplantation of a subpopulation of mesenchymal stromal cells (MIAMI cells) complexed to pharmacologically active microcarries coated with laminin and releasing neurotrophine-3 (LM-PAM-NT3) induced a repair/protection of the nigrostriatal pathway. The objective of this project was to determine the cellular and molecular mechanisms induced by a graft of stem cells, associated or not to LM-PAM-NT3, which lead to this neuroprotection. To simplify this study, we first developed and characterized innovative ex vivo models of Parkinson's disease and Huntington's disease in which dopaminergic and GABAergic pathways degeneration respectively were obtained without neurotoxin injection. We then evaluated the behavior of grafted MIAMI cells compared to neural stem cells associated or not to LM-PAM-NT3. Thereafter, we evaluated the mechanisms inducing the protection/repair of the lesioned neuronal pathways in those novel models. We determined that MIAMI cells will marginally replace lost neurons and will mainly act by secreting factors as VEGFA, BDNF and GDNF which can protect dopaminergic or GABAergic pathways. Neural stem cells will principally act by replacing lesioned dopaminergic neurons in Parkinson's disease or medium spiny neurons in Huntington's disease, besides the secretion of protective factors as STC1., L'association de cellules souches adultes à des vecteurs polymériques bioactifs est une approche prometteuse poru traiter les pathologies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson ou la maladie de Huntington. Il a été précédemment démontré que la transplantation d'une sous population de cellles stromales mésenchymateuses, les cellules MIAMI, associées à des microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA) enrobés de laminine et délivrant de la neurotrophine-3 (LM-MPA-NT3) permettait d'obtenir une réparation/protection de la voie nigrostriée. L'objectif de ce projet est de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires, par lesquels les cellules greffées, associées ou non à des MPA, induisent cette neuroprotection. Nous avons d'abord mis au point et caractérisé des modèles ex vivo de la maladie de Parkinson et de la maladie de Huntington dans lesquels la dégénérescence des neurones dopaminergiques et GABAergiques, respectivement, est obtenue sans injection de neurotoxines. Par la suite, nous avons évalué le comportement de cellules MIAMI greffées, en comparaison à des cellules souches neurales ( CSN), associées ou non à des MPA. Puis nous avons étudié les mécanismes permettant d'obtenir une protection des voies neuronales lésées dans ces nouveaux modèles. Nous avons pu déterminer que les cellules MIAMI agissent majoritairement par sécrétion de facteurs de croissances tels que le VEGFA, le BDNF et le GDNF qui peuvent protéger les voies neuronales lésées alors que les CSN vont remplacer les neurones dopaminergiques lésés dans la maladie de Parkinson ou les neurones épineux moyens lésés dans la maladie de Huntington en plus de sécréter des facteurs comme la STC1.

Stem cells and polymeric bioactive scaffold complexes represent a promising therapeutic approach for neurodegenerative disorders as Parkinson's disease and Huntington's disease. Il has been previously reported that the transplantation of a subpopulation of mesenchymal stromal cells (MIAMI cells) complexed to pharmacologically active microcarries coated with laminin and releasing neurotrophine-3 (LM-PAM-NT3) induced a repair/protection of the nigrostriatal pathway. The objective of this project was to determine the cellular and molecular mechanisms induced by a graft of stem cells, associated or not to LM-PAM-NT3, which lead to this neuroprotection. To simplify this study, we first developed and characterized innovative ex vivo models of Parkinson's disease and Huntington's disease in which dopaminergic and GABAergic pathways degeneration respectively were obtained without neurotoxin injection. We then evaluated the behavior of grafted MIAMI cells compared to neural stem cells associated or not to LM-PAM-NT3. Thereafter, we evaluated the mechanisms inducing the protection/repair of the lesioned neuronal pathways in those novel models. We determined that MIAMI cells will marginally replace lost neurons and will mainly act by secreting factors as VEGFA, BDNF and GDNF which can protect dopaminergic or GABAergic pathways. Neural stem cells will principally act by replacing lesioned dopaminergic neurons in Parkinson's disease or medium spiny neurons in Huntington's disease, besides the secretion of protective factors as STC1., L'association de cellules souches adultes à des vecteurs polymériques bioactifs est une approche prometteuse poru traiter les pathologies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson ou la maladie de Huntington. Il a été précédemment démontré que la transplantation d'une sous population de cellles stromales mésenchymateuses, les cellules MIAMI, associées à des microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA) enrobés de laminine et délivrant de la neurotrophine-3 (LM-MPA-NT3) permettait d'obtenir une réparation/protection de la voie nigrostriée. L'objectif de ce projet est de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires, par lesquels les cellules greffées, associées ou non à des MPA, induisent cette neuroprotection. Nous avons d'abord mis au point et caractérisé des modèles ex vivo de la maladie de Parkinson et de la maladie de Huntington dans lesquels la dégénérescence des neurones dopaminergiques et GABAergiques, respectivement, est obtenue sans injection de neurotoxines. Par la suite, nous avons évalué le comportement de cellules MIAMI greffées, en comparaison à des cellules souches neurales ( CSN), associées ou non à des MPA. Puis nous avons étudié les mécanismes permettant d'obtenir une protection des voies neuronales lésées dans ces nouveaux modèles. Nous avons pu déterminer que les cellules MIAMI agissent majoritairement par sécrétion de facteurs de croissances tels que le VEGFA, le BDNF et le GDNF qui peuvent protéger les voies neuronales lésées alors que les CSN vont remplacer les neurones dopaminergiques lésés dans la maladie de Parkinson ou les neurones épineux moyens lésés dans la maladie de Huntington en plus de sécréter des facteurs comme la STC1.

Cell therapy constitutes a promising strategy for the treatment of myocardial infarction. To better control the survival, the differentiation and the integration of the grafted cells, we have used a tissue-engineering approach associating the cells with a microvector comprising a biomimetic surface and able to release a growth factor (GF), the pharmacologically active microcarriers (PAM). Among the cell used for such approach, adipose-derived stem cells (ADSC) do not raise ethical concerns/issues and allow autologous transplantation. These cells are widely studied for the regeneration of various tissues due to their immunoregulatory properties, their potential to secrete GFs and chemokines but also their large potential of differentiation. In a first step, we have investigated the effect of extracellular matrix molecules and PAMs on ADSCs differentiation into cardiomyocytes in combination with a GF cocktail. We have thus observed that the GFs cocktail allowed cell commitment into the cardiac lineage after 2 weeks. Comparing the effects of the laminin (LM) and fibronectin (FN) on this differentiation, we found that LM allowed ADSCs differentiation into a more mature phenotype. Moreover, the enrichment of the GF cocktail with TGF!1 potentiated the LM effect. Finally, providing PAM covered with LM allowed an earlier differentiation into cardiac lineage in combination with the cocktail. PAMs can release a GF in a prolonged manner. Consequently, we encapsulated 3 proteins, the VEGF, the HGF and the IGF-1, and assessed their effect on ADSCs behavior. We observed that PAMs releasing HGF and IGF-1 induced ADSCs cardiomyogenic differentiation. Moreover, we also observed ADSCs cardiac differentiation markers expression, when ADSCPAMs complexes are integrated within a thermosensitive hydrogel. However, we also found that the amount of protein released from PAMs decreased within the gel. In a last part we have sought to improve protein release profile from PAMs changing polymer composition. So, we used various triblock copolymers of PLGA-PEG-PLGA to formulate microspheres and then evaluated their role on protein release but also on protein stability during polymer degradation., La thérapie cellulaire constitue une stratégie prometteuse dans le traitement de l'infarctus du myocarde. Afin de mieux contrôler la survie, la différenciation et l'intégration des cellules greffées, nous avons tenté une approche d'ingénierie tissulaire en associant les cellules à un microvecteur comportant une surface biomimétique et pouvant libérer un facteur de croissance (FC), les microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA). Parmi les cellules utilisées dans une telle approche, les cellules souches adultes dérivées du tissu adipeux (ADSC) ne soulèvent pas de problèmes d'ordre éthique et permettent de réaliser des greffes autologues. Ces cellules sont largement étudiées pour la régénération de nombreux tissus en vertu de leurs propriétés immuno-modulatrices, de leur capacité à sécréter des FC et chémokines, mais également de leur large potentiel de différenciation. Dans une première étape, nous avons étudié l'effet des molécules de la matrice extracellulaire et des MPA sur la différentiation en cardiomyocytes des ADSC en présence d'un cocktail de FC. Nous avons ainsi pu observer que l'apport du cocktail de FC permettait aux cellules de s'engager dans la voie de différentiation cardiaque après 2 semaines. En comparant l'effet de la laminine (LM) et de la fibronectine sur cette différentiation, nous avons pu observer que la LM permettait d'induire une différentiation dans une cellule plus mature et que ceci était potentialisée par un enrichissement du milieu en TGF!1. Finalement, l'apport de MPA recouverts de LM favorisait une différentiation plus rapide des cellules en présence du cocktail. Les MPA peuvent également libérer un facteur de croissance de manière prolongée au cours du temps. Par conséquent, nous avons encapsulé 3 protéines, le VEGF, le HGF et l'IGF-1, et d'étudier leur effet sur les comportement des ADSC. Nous avons ainsi pu observer que des MPA libérant du HGF et de l'IGF-1 induisaient une différenciation de ADSC dans la voie cardiaque et que cette différentiation était également observée lorsque les complexes ADSCMPA étaient intégrés dans un hydrogel thermosensible. Cependant, nous avons aussi observé que la quantité de protéines libérées à partir des MPA était plus faible dans le gel. Nous avons donc cherché dans une dernière partie à améliorer le profile de libération des protéines à partir des MPA en changeant la composition du polymère. Nous avons ainsi utilisé différents copolymères triblock PLGA-PEG-PLGA pour formuler des microsphères et évaluer leur rôle sur la libération de la protéine mais aussi sur la stabilité de celle-ci durant la dégradation du polymère.

Cell therapy constitutes a promising strategy for the treatment of myocardial infarction. To better control the survival, the differentiation and the integration of the grafted cells, we have used a tissue-engineering approach associating the cells with a microvector comprising a biomimetic surface and able to release a growth factor (GF), the pharmacologically active microcarriers (PAM). Among the cell used for such approach, adipose-derived stem cells (ADSC) do not raise ethical concerns/issues and allow autologous transplantation. These cells are widely studied for the regeneration of various tissues due to their immunoregulatory properties, their potential to secrete GFs and chemokines but also their large potential of differentiation. In a first step, we have investigated the effect of extracellular matrix molecules and PAMs on ADSCs differentiation into cardiomyocytes in combination with a GF cocktail. We have thus observed that the GFs cocktail allowed cell commitment into the cardiac lineage after 2 weeks. Comparing the effects of the laminin (LM) and fibronectin (FN) on this differentiation, we found that LM allowed ADSCs differentiation into a more mature phenotype. Moreover, the enrichment of the GF cocktail with TGF!1 potentiated the LM effect. Finally, providing PAM covered with LM allowed an earlier differentiation into cardiac lineage in combination with the cocktail. PAMs can release a GF in a prolonged manner. Consequently, we encapsulated 3 proteins, the VEGF, the HGF and the IGF-1, and assessed their effect on ADSCs behavior. We observed that PAMs releasing HGF and IGF-1 induced ADSCs cardiomyogenic differentiation. Moreover, we also observed ADSCs cardiac differentiation markers expression, when ADSCPAMs complexes are integrated within a thermosensitive hydrogel. However, we also found that the amount of protein released from PAMs decreased within the gel. In a last part we have sought to improve protein release profile from PAMs changing polymer composition. So, we used various triblock copolymers of PLGA-PEG-PLGA to formulate microspheres and then evaluated their role on protein release but also on protein stability during polymer degradation., La thérapie cellulaire constitue une stratégie prometteuse dans le traitement de l'infarctus du myocarde. Afin de mieux contrôler la survie, la différenciation et l'intégration des cellules greffées, nous avons tenté une approche d'ingénierie tissulaire en associant les cellules à un microvecteur comportant une surface biomimétique et pouvant libérer un facteur de croissance (FC), les microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA). Parmi les cellules utilisées dans une telle approche, les cellules souches adultes dérivées du tissu adipeux (ADSC) ne soulèvent pas de problèmes d'ordre éthique et permettent de réaliser des greffes autologues. Ces cellules sont largement étudiées pour la régénération de nombreux tissus en vertu de leurs propriétés immuno-modulatrices, de leur capacité à sécréter des FC et chémokines, mais également de leur large potentiel de différenciation. Dans une première étape, nous avons étudié l'effet des molécules de la matrice extracellulaire et des MPA sur la différentiation en cardiomyocytes des ADSC en présence d'un cocktail de FC. Nous avons ainsi pu observer que l'apport du cocktail de FC permettait aux cellules de s'engager dans la voie de différentiation cardiaque après 2 semaines. En comparant l'effet de la laminine (LM) et de la fibronectine sur cette différentiation, nous avons pu observer que la LM permettait d'induire une différentiation dans une cellule plus mature et que ceci était potentialisée par un enrichissement du milieu en TGF!1. Finalement, l'apport de MPA recouverts de LM favorisait une différentiation plus rapide des cellules en présence du cocktail. Les MPA peuvent également libérer un facteur de croissance de manière prolongée au cours du temps. Par conséquent, nous avons encapsulé 3 protéines, le VEGF, le HGF et l'IGF-1, et d'étudier leur effet sur les comportement des ADSC. Nous avons ainsi pu observer que des MPA libérant du HGF et de l'IGF-1 induisaient une différenciation de ADSC dans la voie cardiaque et que cette différentiation était également observée lorsque les complexes ADSCMPA étaient intégrés dans un hydrogel thermosensible. Cependant, nous avons aussi observé que la quantité de protéines libérées à partir des MPA était plus faible dans le gel. Nous avons donc cherché dans une dernière partie à améliorer le profile de libération des protéines à partir des MPA en changeant la composition du polymère. Nous avons ainsi utilisé différents copolymères triblock PLGA-PEG-PLGA pour formuler des microsphères et évaluer leur rôle sur la libération de la protéine mais aussi sur la stabilité de celle-ci durant la dégradation du polymère.

Mesenchymal stromal cells (MSCs) have several advantages for brain cell therapy. We first demonstrated that MSCs do not migrate in healthy rat brains whereas they were attracted by a lesion located far from their implantation site. However, we also confirmed that the poor cell survival and neuronal differentiation are the major obstacles encountered for brain cell therapy. Thus, we then focused on enhancing the neuronal differentiation potential of MSCs before transplantation, using an epidermal growth factor-basic fibroblast growth factor (EGF-bFGF) pre-treatment in vitro. Finally, we associated MSCs to polymeric vectors, the pharmacologically active microcarriers (PAMs), to increase cell survival and neuronal differentiation, and thereby favouring MSC tissue regeneration potential after transplantation. These PLGA microspheres were coated with a biomimetic surface of laminin, after demonstrating the benefits of this molecule on the neuronal differentiation potential of MSCs in vitro. After attachment of MSCs on their surface, neurotrophin releasing, laminin-coated PAMs have been evaluated in a rat model of Parkinson's disease. A significant functional recovery was observed compared to cells grafted without PAMs. This strategy is the first to give the proof of concept for the use of adult stem cells combined to bioactive polymeric vectors to protect the central nervous system in the context of Parkinson's disease., Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) possèdent de nombreux atouts pour la thérapie cellulaire du cerveau. Nous avons tout d'abord démontré que les CSM ne migraient pas dans le cerveau de rats sains alors qu'elles étaient attirées par une lésion située à grande distance de leur site d'implantation. Nous avons également confirmé que la faible survie et différenciation neuronale des cellules in vivo constituent les obstacles majeurs à la thérapie cellulaire du cerveau. Par conséquent, nous nous sommes ensuite attachés à améliorer le potentiel de différenciation neuronal des CSM avant transplantation, à l'aide d'un pré-traitement en « epidermal growth factor » (EGF) et « basic fibroblast growth factor » (bFGF) in vitro. Finalement, nous avons associé des CSM à des vecteurs polymériques, les microcarriers pharmacologiquement actifs (MPA), afin de favoriser la survie, la différenciation neuronale et les capacités de réparation tissulaire des cellules après transplantation. Ces microsphères de PLGA ont ainsi été enrobées d'une surface biomimétique de laminine, après en avoir démontré les bénéfices sur la différenciation neuronale des CSM in vitro. Des CSM ont ensuite été mises en contact avec des MPA enrobées de laminine et libérant une neurotrophine, avant transplantation dans un modèle animal de la maladie de Parkinson. D'importants effets fonctionnels ont été observés par rapport à la greffe de cellules seules, et cette stratégie est la première à démontrer l'intérêt de cellules souches adultes associées à des vecteurs polymériques bioactifs pour protéger le système nerveux central dans le contexte de la maladie de Parkinson.