After tissue injury, inflammatory cells are rapidly recruited to the wound where they clear microbes and other debris, and coordinate the behaviour of other cell lineages at the repair site in both positive and negative ways. In this study, we take advantage of the translucency and genetic tractability of zebrafish to evaluate the feasibility of reprogramming innate immune cells in vivo with cargo-loaded protocells and investigate how this alters the inflammatory response in the context of skin and skeletal repair. Using live imaging we show that protocells loaded with R848 cargo (which targets TLR7/8 signalling), are engulfed by macrophages resulting in their switching to a pro-inflammatory phenotype and altering their regulation of angiogenesis, collagen deposition and re-epithelialization during skin wound healing, as well as dampening osteoblast and osteoclast recruitment and bone mineralization during fracture repair. For infected skin wounds, R848-reprogrammed macrophages exhibited enhanced bactericidal activities leading to improved healing. We replicated our zebrafish studies in cultured human macrophages, and showed that R848-loaded protocells similarly reprogramme human cells, indicating how this strategy might be used to modulate wound inflammation in the clinic.

Notochordal cells play a pivotal role in vertebral column patterning, contributing to the formation of the inner architecture of intervertebral discs (IVDs). Their disappearance during development has been associated with reduced repair capacity and IVD degeneration. Notochordal remnants are known to cause chordomas, a highly invasive bone cancer associated with late diagnosis. Understanding the impact of neoplastic cells during development and on the surrounding vertebral column could open avenues for earlier intervention and therapeutics. We investigated the impact of transformed notochord cells in the zebrafish skeleton using a RAS expressing line in the notochord under the control of the Kita promoter, with the advantage of adulthood endurance. Transformed cells caused damage in the notochord and destabilised the sheath layer triggering a wound repair mechanism, with enrolment of sheath cells (col9a2+) and expression of wt1b, similar to induced notochord wounds. Moreover, increased recruitment of neutrophils and macrophages, displaying abnormal behaviour in proximity to the notochord sheath and transformed cells, supported parallels between chordomas, wound and inflammation. Cancerous notochordal cells interfere with differentiation of sheath cells to form chordacentra domains leading to fusions and vertebral clefts during development. Adults displayed IVD irregularities reminiscent of degeneration; reduced bone mineral density, increased osteoclast activity; while disorganised osteoblasts and collagen indicate impaired bone homeostasis. By depleting inflammatory cells, we abrogated chordoma development and rescued the skeletal features of the vertebral column. Therefore, we showed that transformed notochord cells alter the skeleton during life, causing a wound-like phenotype and activating chronic wound response, suggesting parallels between chordoma, wound, IVD degeneration and inflammation, highlighting inflammation as a promising target for future therapeutics.