Abstract Mesenchymal stem or stromal cells (MSCs) exert chondroprotective effects in preclinical models of osteoarthritis (OA). Most of their therapeutic effects are mediated via soluble mediators, which can be conveyed within extracellular vesicles (EVs). The objective of the study was to compare the respective role of exosomes (Exos) or microvesicles/microparticles (MPs) in OA. MPs and Exos were isolated from bone marrow murine BM-MSCs through differential centrifugation. Effect of MPs or Exos was evaluated on OA-like murine chondrocytes and chondroprotection was quantified by RT-qPCR. In OA-like chondrocytes, BM-MSC-derived MPs and Exos could reinduce the expression of chondrocyte markers (type II collagen, aggrecan) while inhibiting catabolic (MMP-13, ADAMTS5) and inflammatory (iNOS) markers. Exos and MPs were also shown to protect chondrocytes from apoptosis and to inhibit macrophage activation. In vivo , Exos or MPs were injected in the collagenase-induced OA (CIOA) model and histomorphometric analyses of joints were performed by µCT and confocal laser microscopy. BM-MSCs, MPs and Exos equally protected mice from joint damage. In conclusion, MPs and Exos exerted similar chondroprotective and anti-inflammatory function in vitro and protected mice from developing OA in vivo , suggesting that either Exos or MPs reproduced the main therapeutic effect of BM-MSCs.

Objectives: Mesenchymal stem cells (MSCs) release extracellular vesicles (EVs) that display a therapeutic effect in inflammatory disease models. Although MSCs can prevent arthritis, the role of MSCs-derived EVs has never been reported in rheumatoid arthritis. This prompted us to compare the function of exosomes (Exos) and microparticles (MPs) isolated from MSCs and investigate their immunomodulatory function in arthritis. Methods: MSCs-derived Exos and MPs were isolated by differential ultracentrifugation. Immunosuppressive effects of MPs or Exos were investigated on T and B lymphocytes in vitro and in the Delayed-Type Hypersensitivity (DTH) and Collagen-Induced Arthritis (CIA) models. Results: Exos and MPs from MSCs inhibited T lymphocyte proliferation in a dose-dependent manner and decreased the percentage of CD4+ and CD8+ T cell subsets. Interestingly, Exos increased Treg cell populations while parental MSCs did not. Conversely, plasmablast differentiation was reduced to a similar extent by MSCs, Exos or MPs. IFN-γ priming of MSCs before vesicles isolation did not influence the immunomodulatory function of isolated Exos or MPs. In DTH, we observed a dose-dependent anti-inflammatory effect of MPs and Exos, while in the CIA model, Exos efficiently decreased clinical signs of inflammation. The beneficial effect of Exos was associated with fewer plasmablasts and more Breg-like cells in lymph nodes. Conclusions: Both MSCs-derived MPs and Exos exerted an anti-inflammatory role on T and B lymphocytes independently of MSCs priming. However, Exos were more efficient in suppressing inflammation in vivo. Our work is the first demonstration of the therapeutic potential of MSCs-derived EVs in inflammatory arthritis.

Abstract The role of interleukin 1 receptor antagonist (IL1RA) in mediating the immunosuppressive effect of mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) has been reported in several studies. However, how MSC-derived IL1RA influences the host response has not been clearly investigated. We therefore derived MSCs from the bone marrow of IL1RA knockout mice and evaluated their immunosuppressive effect on different immune cell subsets. IL1RA deficient (IL1RA−/−) or wild type (wt) MSCs inhibited to the same extend the proliferation of T lymphocytes. On the contrary, IL1RA−/− MSCs were less effective than wt MSCs to induce in vitro the macrophage polarization from M1 to M2 phenotype secreting IL10 and exerting a suppressive effect on CD4+ T cells. Moreover compared with wt MSCs, IL1RA−/− MSCs did not efficiently support the survival of quiescent B lymphocytes and block their differentiation toward CD19+CD138+ plasmablasts secreting IgG antibodies. The effectiveness of IL1RA secreted by MSCs in controlling inflammation was further shown in vivo using the collagen-induced arthritis murine model. MSCs lacking IL1RA expression were unable to protect mice from arthritic progression and even worsened clinical signs, as shown by higher arthritic score and incidence than control arthritic mice. IL1RA−/− MSCs were not able to decrease the percentage of Th17 lymphocytes and increase the percentage of Treg cells as well as decreasing the differentiation of B cells toward plasmablasts. Altogether, our results provide evidence of the key role of IL1RA secreted by MSCs to both control the polarization of macrophages toward a M2 phenotype and inhibit B cell differentiation in vivo.

Recent advances in cell reprogramming showed that OSKM induction is able to improve cell physiology in vitro and in vivo. Here, we show that a single short reprogramming induction is sufficient to prevent musculoskeletal functions deterioration of mice, when applied in early life. In addition, in old age, treated mice have improved tissue structures in kidney, spleen, skin, and lung, with an increased lifespan of 15% associated with organ-specific differential age-related DNA methylation signatures rejuvenated by the treatment. Altogether, our results indicate that a single short reprogramming early in life might initiate and propagate an epigenetically related mechanism to promote a healthy lifespan.

Abstract Forced and maintained expression of four transcription factors OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC (OSKM), can reprogram somatic cells into induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) and a limited OSKM induction is able to rejuvenate the cell physiology without changing the cell identity. We therefore sought to determine if a burst of OSKM might improve tissue fitness and delay age-related pathologies in a whole animal. For this, we used a sensitive model of heterozygous premature aging mice carrying just one mutated Lamin A allele producing progerin. We briefly treated two months-young heterozygotes mice with OSKM and monitored their natural age-related deterioration by various health parameters. Surprisingly, a single two and a half weeks reprogramming was sufficient to improve body composition and functional capacities, over the entire lifespan. Mice treated early in life had improved tissue structures in bone, lung, spleen, kidney and skin, with an increased lifespan of 15%, associated to a differential DNA methylation signature. Altogether, our results indicate that a single short reprogramming early in life might initiate and propagate an epigenetically related rejuvenated cell physiology, to promote a healthy lifespan. One Sentence summary A single short reprogramming early in life rejuvenates cell physiology, improves body composition, tissue fitness and increases lifespan in elderly.

Abstract Cell therapy is promising to treat many conditions, including neurological and osteoarticular diseases. Encapsulation of cells within hydrogels facilitates cell delivery and can improve therapeutic effects. However, much work remains to be done to align treatment strategies with specific diseases. The development of imaging tools that enable monitoring cells and hydrogel independently is key to achieving this goal. Our objective herein is to longitudinally study an iodine-labeled hydrogel, incorporating gold-labeled stem cells, by bicolor CT imaging after in vivo injection in rodent brains or knees. To this aim, an injectable self-healing hyaluronic acid (HA) hydrogel with long-persistent radiopacity was formed by the covalent grafting of a clinical contrast agent on HA. The labeling conditions were tuned to achieve sufficient X-ray signal and to maintain the mechanical and self-healing properties as well as injectability of the original HA scaffold. The efficient delivery of both cells and hydrogel at the targeted sites was demonstrated by synchrotron K-edge subtraction-CT. The iodine labeling enabled to monitor the hydrogel biodistribution in vivo up to 3 days post-administration, which represents a technological first in the field of molecular CT imaging agents. This tool may foster the translation of combined cell-hydrogel therapies into the clinics.