Un nanoréacteur interrompt un cycle de sénescence dans les cellules de la moelle osseuse vieillissantes et restaure l'os chez des souris âgées

Le vieillissement de la moelle osseuse favorise l'ostéoporose, l'accumulation de graisse médullaire et la perte de capacité de régénération. Les cellules LepR+ (positives pour le récepteur de la leptine) constituent une population centrale de cellules souches/progénitrices du squelette : elles produisent de l'os et sécrètent des facteurs qui soutiennent les vaisseaux sanguins, les vaisseaux lymphatiques et les nerfs. Lorsque ces cellules deviennent sénescentes avec l'âge, l'ensemble de la niche médullaire se détériore. Les facteurs qui déclenchent réellement leur sénescence restaient mal connus, ce qui a limité le développement d'interventions ciblées.

Les auteurs ont d'abord exploité un jeu de données d'RNA-seq existant (CRA025008) comparant des cellules LepR+ de souris jeunes et âgées. Les cellules âgées présentaient un enrichissement des voies de la sénescence cellulaire et du métabolisme des espèces réactives de l'oxygène (ROS), ainsi qu'une sous-expression de la biosynthèse du monoxyde d'azote et une altération de l'homéostasie des ions magnésium. Les coupes de moelle montraient davantage de cellules P21+LepR+ et IL-6+LepR+ chez les souris âgées (n = 5). Les auteurs en ont déduit un cercle vicieux : le vieillissement abaisse le NO, ce qui réduit l'entrée de Mg2+, ce qui augmente la fuite d'électrons mitochondriale et les ROS, ce qui accentue la sénescence.

Pour interrompre ce cycle, ils ont conçu un nanoréacteur. La L-arginine a été associée à l'oléate et chargée dans des nanoparticules polymères de mPEG-b-PPS, puis réticulée avec du Mg2+ (LPM). Un revêtement avec des membranes de cellules LepR+ sénescentes a produit les CLPM. La microscopie électronique en transmission (TEM) a montré des particules sphériques de 98,2 ± 6,8 nm (LPM) et 114,7 ± 3,7 nm (CLPM). Le potentiel zêta est passé de +4,3 mV à −12,6 mV après revêtement, et la FTIR, la XPS et la cartographie élémentaire ont confirmé la coordination du Mg2+. Le bloc PPS est sensible à l'oxydation : en présence de ROS élevés, il passe d'hydrophobe à hydrophile, ce qui désassemble la particule, libère le Mg2+ et la L-arginine, et consomme des ROS.

Dans des cellules LepR+ âgées en culture, les CLPM à 50 μM n'ont montré aucune cytotoxicité sur 72 heures et ont été davantage captées que les LPM non revêtues. Les cellules traitées présentaient davantage de NO et de Mg2+ et moins de ROS. Elles comptaient moins de cellules SA-β-Gal+, avec une expression réduite de P21, PPARγ et FABP4, une restauration d'OSX et d'OCN, des colorations ALP et rouge d'alizarine plus intenses et une coloration lipidique Oil Red O moindre. Les CLPM ont surpassé les LPM, ce qui souligne l'intérêt du ciblage homologue.

Chez les souris âgées, l'injection locale de CLPM dans la moelle osseuse a augmenté la fraction de volume osseux, le nombre de trabécules et leur épaisseur, et diminué leur séparation par rapport au PBS (n = 5). Elle a réduit les cellules LepR+P21+ et les adipocytes médullaires, et augmenté CD31, VEGF-C, LYVE1, NGF et TUBB3, signe d'une récupération vasculaire, lymphatique et nerveuse. Les principaux organes n'ont montré aucune anomalie histopathologique. L'RNA-seq (n = 3) a révélé une suppression des voies de la sénescence, du cycle cellulaire et de p53. In vivo, le NO et le Mg2+ ont augmenté et les signatures de réponse aux ROS ont diminué. L'ajout de L-NAME (inhibiteur du NO), d'EDTA-OH (déplétion en Mg2+) ou de roténone (inducteur de ROS) a annulé le bénéfice, ce qui confirme la dépendance vis-à-vis des trois composantes du cycle.

Ces travaux sont précliniques. Seule l'injection locale a été testée : la pharmacocinétique systémique, la biodistribution, l'immunogénicité, les effets hors cible et la sécurité à long terme restent donc inconnus. Une validation dans d'autres modèles de vieillissement et chez de grands animaux est nécessaire. Plusieurs expériences reposaient sur n = 3, et le cycle NO/Mg2+/ROS est en partie déduit de données transcriptomiques.