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Création d'un patch coeur
Le tissu cardiaque modifié a besoin d'un apport constant d'oxygène et de nutriments pour survivre après avoir été greffé sur le cœur. Dans un effort pour s'attaquer à ce problème, des chercheurs de l'Université Ben Gourion du Néguev, de l'Université de Tel-Aviv et du Centre médical de l'Université Soroka en Israël ont développé une méthode qui utilise le corps comme bioréacteur pour construire des vaisseaux sanguins fonctionnels dans un système cardiaque bio-ingénierie. pièce. Les résultats, publiés cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , représentent une étape cruciale vers la génération d'un matériau de bio-ingénierie capable de réparer les tissus cardiaques endommagés.
Cœur guérisseur : Une semaine après avoir été implanté dans l'abdomen d'un rat, ce tissu cardiaque modifié (violet) a été infiltré par des vaisseaux sanguins fonctionnels (ovales creux) qui contiennent des globules rouges (disques rouges).
Plusieurs laboratoires du monde entier ont travaillé sur des moyens de concevoir du tissu cardiaque vivant en ensemençant un échafaudage tridimensionnel avec des cellules musculaires cardiaques ou des cellules souches qui peuvent être amenées à former ces myocytes cardiaques. Ce sur quoi ils ne se sont généralement pas concentrés, ce sont les stratégies pour créer l'infrastructure pour soutenir ces myocytes, dit Frédéric Schoen , professeur de sciences et technologies de la santé à la Harvard Medical School et au Brigham and Women's Hospital. Cette infrastructure comprend des vaisseaux sanguins qui apportent de l'oxygène aux myocytes immigrants alors qu'ils tentent de s'intégrer dans le tissu cardiaque existant. Sans ce support vasculaire, la plupart des cellules implantées mourront.
Dans un cœur en bonne santé, chaque myocyte est flanqué de deux capillaires, dit Gordana Vunjak-Novakovic , professeur de génie biomédical à l'Université Columbia. Dans les implants sans vaisseaux sanguins, seules les cellules les plus externes peuvent capter l'oxygène. En conséquence, ces patchs ressemblent à un bonbon M&M, dit Vunjak-Novakovic. Cellules saines à l'extérieur, cellules mortes à l'intérieur.
Pour encourager la vascularisation dans les patchs cardiaques modifiés, les chercheurs israéliens ont infusé un échafaudage ensemencé de myocytes avec des facteurs de croissance qui favorisent la survie des cellules et la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins. Ils ont ensuite implanté chaque patch cardiaque dans l'épiploon d'un rat vivant, la membrane riche en vaisseaux sanguins qui relie et soutient les organes abdominaux. En une semaine, les plaques étaient peuplées de vaisseaux sanguins matures. Les chercheurs ont ensuite excisé les patchs vascularisés et les ont transplantés sur le cœur de rats atteints d'infarctus du myocarde. Un mois plus tard, les patchs semblaient non seulement survivre, mais être bien intégrés au tissu cardiaque des animaux. Les patchs ont amélioré l'activité cardiaque des rats, les myocytes ont formé des fibres musculaires capables de se contracter et les chercheurs ont pu voir des globules rouges à l'intérieur des vaisseaux sanguins, ce qui signifie qu'eux aussi étaient pleinement fonctionnels, explique Smadar Cohen, professeur de biotechnologie. ingénierie à l'Université Ben Gourion et auteur principal de l'étude.
Vunjak-Novakovic est enthousiasmé par la recherche. Ils ont fait travailler la nature pour eux, dit-elle. Et ils ont démontré que l'apport vasculaire fait toute la différence pour la fonctionnalité du tissu cardiaque modifié.
À certains égards, les vaisseaux sanguins pourraient être plus importants que les myocytes. C'est l'éléphant dans la pièce dont nous n'avons pas tendance à parler, dit Schoen de Harvard. Personne ne sait si les myocytes sont nécessaires. Peut-être que si vous pouvez injecter quelque chose qui revascularise la zone endommagée du cœur, cela pourrait être tout ce dont vous avez besoin.
En effet, dans l'étude de Cohen, les rats ayant reçu un patch vascularisé sans myocytes ont également montré une amélioration de leur fonction cardiaque. Ces plaques sans myocytes se sont également intégrées dans le tissu local et ont épaissi la cicatrice laissée après un infarctus. Ce renforcement à lui seul peut soulager une partie de l'étirement de la paroi endommagée du muscle cardiaque et ainsi améliorer la contractilité, explique Cohen.
Avec ou sans myocytes, l'approche n'est pas encore prête pour la clinique. Il s'agit d'une avancée de recherche significative qui démontre une approche de la croissance du système vasculaire dans un tissu modifié, dit Schoen. Mais nous ne sommes pas beaucoup plus près de fabriquer des patchs de muscle cardiaque conçus pour les patients atteints de maladie cardiaque. D'une part, la stratégie nécessite deux cycles de chirurgie : un pour implanter le patch dans l'abdomen et un second pour le déplacer vers le cœur. Et Cohen souligne que les patients atteints de maladie coronarienne ne sont généralement pas en mesure de tolérer ce type de traitement invasif.
Mais le modèle pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui entraînent la vascularisation, et cela pourrait permettre la croissance d'un patch prêt à l'emploi avec des vaisseaux sanguins en place avant l'implantation. Mieux encore, dit Cohen, ce serait un matériau qui pourrait induire une régénération dans le cœur lui-même – quelque chose sur lequel elle et ses collègues travaillent. Je pense que toutes ces approches devraient être techniquement possibles, dit Cohen. Nous avons juste besoin de faire plus de bonne science pour trouver le meilleur.