Amélioration de la viabilité des cellules souches pendant l'écoulement à travers l'aiguille de seringue grâce à la conception de transporteurs cellulaires en hydrogel

La transplantation cellulaire est une thérapie prometteuse pour une myriade de maladies débilitantes ; cependant, les protocoles de livraison actuels utilisant l'injection directe entraînent une faible viabilité cellulaire. Nous démontrons que pendant le processus réel d'injection des cellules, la disruption mécanique des membranes entraîne une perte acute significative de viabilité à des taux d'injection cliniquement pertinents. Comme stratégie pour protéger les cellules contre ces forces nocives, nous émettons l'hypothèse que l'encapsulation des cellules dans des hydrogels aux propriétés mécaniques spécifiques améliorera considérablement la viabilité. Nous utilisons un modèle contrôlé in vitro d'injection cellulaire pour démontrer le succès de cette stratégie de protection aiguë pour une large gamme de types cellulaires, y compris des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC), des cellules souches adipeuses humaines, des cellules souches mésenchymateuses de rat, et des cellules progénitrices neuronales de souris. Plus précisément, des hydrogels d'alginate avec des modules de stockage en plateau (G') variant de 0,33 à 58,1 Pa ont été étudiés. Un hydrogel d'alginate réticulé conforme (G'=29,6 Pa) a donné la plus haute viabilité HUVEC, 88,9 % ± 5,0 %, tandis que les solutions newtoniennes (c'est-à-dire, seulement le tampon) ont entraîné une viabilité de 58,7 % ± 8,1 %. Que ce soit une augmentation ou une diminution du module de stockage de l'hydrogel réduisait cet effet protecteur. De plus, les cellules dans des solutions d'alginate non réticulées avaient des viabilités inférieures à celles du milieu seul, démontrant que les effets protecteurs résultent spécifiquement de la gélification mécanique et non de la biochimie de l'alginate. Les données expérimentales et théoriques suggèrent que l'écoulement d'extension à l'entrée de l'aiguille de seringue est la principale cause de mort cellulaire aiguë. Ces résultats fournissent un aperçu mécaniste du rôle des forces mécaniques lors de la livraison cellulaire et soutiennent l'utilisation d'hydrogels protecteurs dans de futures études cliniques sur les injections de cellules souches.