Faire pousser de nouveaux cœurs à partir d'anciens

Des scientifiques de l'Université du Minnesota ont fait un grand pas vers la fabrication d'organes de remplacement avec les cellules des receveurs. Dans des expériences réalisées sur des rats et des porcs, les chercheurs ont dépouillé les cœurs des donneurs de leurs cellules pour créer des échafaudages sur lesquels les cellules des receveurs ont été cultivées. L'espoir est qu'une approche similaire pourrait un jour s'avérer utile pour les patients humains atteints d'une maladie cardiaque en phase terminale. En théorie, ces nouveaux cœurs pourraient s'avérer meilleurs que les cœurs de donneurs traditionnels, car ils sont moins susceptibles de provoquer une réponse immunitaire.

Un cœur vide : Les chercheurs ont créé de nouveaux cœurs en utilisant des cœurs de rat et de porc décellularisés comme échafaudages. Dans cette série, un cœur contenant des cellules (en haut) devient un échafaudage dépourvu de cellules (en bas).

C'est un travail audacieux, courageux et passionnant, dit Ami Ratner , professeur de bio-ingénierie et de génie chimique à l'Université de Washington, qui n'a pas participé à la recherche. Pourtant, des obstacles substantiels subsistent avant que l'approche puisse être applicable aux patients humains.

Ce n'est qu'une première preuve de concept, montrant qu'il n'est pas complètement fou d'essayer de décellulariser un cœur entier et de le repeupler avec de nouvelles cellules, dit Doris Taylor , directeur du Center for Cardiovascular Repair de l'Université du Minnesota. Les travaux de son équipe ont été publiés hier dans Médecine naturelle en ligne.

Afin de créer des échafaudages décellularisés, Taylor et son équipe ont perfusé des cœurs de rat avec des détergents. Lorsque les cellules ont été retirées, une architecture complexe de matrice extracellulaire blanche est restée. L'anatomie des cavités cardiaques semblait intacte, tout comme les valves et les vaisseaux sanguins, explique Taylor.

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• Regardez Doris Taylor et son équipe se faire de nouveaux cœurs.

Les chercheurs ont réensemencé les échafaudages avec des cellules cardiaques et endothéliales prélevées sur des rats. Ensuite, ils ont placé ces constructions dans des bioréacteurs qui simulaient la pression artérielle, la stimulation électrique et d'autres aspects de la physiologie cardiaque. Nous voulions traiter les cellules comme si elles étaient dans un cœur et voir si elles se comportaient en conséquence, dit Taylor. Après quatre jours, les cellules du cœur ont commencé à se contracter. Après huit jours, les cœurs ont pu pomper avec environ 2% de la force d'un cœur de rat adulte, selon l'article.

Il s'agit de l'approche biomimétique ultime de l'ingénierie tissulaire cardiaque, selon Gordana Vunjak-Novakovic , professeur de génie biomédical à l'Université Columbia. Une matrice de cœur entier décellularisée fournit pratiquement un échafaudage idéal, dit-elle, car elle préserve une grande partie de la composition, de la structure et des propriétés mécaniques du cœur.

En théorie, si les cœurs pouvaient être fabriqués de cette manière pour les patients humains, ils pourraient offrir une alternative aux cœurs de donneurs traditionnels. Théoriquement, les patients n'auraient pas besoin de prendre des médicaments immunosuppresseurs puisque les nouvelles constructions seraient construites avec leurs propres cellules.

Néanmoins, la méthode nécessiterait un cœur de cadavre (ou éventuellement un cœur de porc) à partir duquel fabriquer l'échafaudage. Il faut toujours un cœur pour faire un cœur, et nous ne pouvons épargner aucun cœur pour le moment, dit Ratner.

Un autre défi serait de sécuriser les cellules humaines appropriées - en quantité suffisante - pour repeupler l'échafaudage. Les cellules musculaires cardiaques adultes, ou cardiomyoctyes, ne prolifèrent pas, explique Vunjak-Novakovic. Ces cellules ne peuvent pas non plus être fabriquées à partir de sources facilement disponibles telles que des cellules adultes dérivées de la moelle osseuse. Les cellules souches résidentes sont une source potentielle, mais elles ne sont pas abondantes. Les cellules souches embryonnaires sont également une possibilité, mais elles doivent être dirigées pour se différencier en un tissu souhaité et personnalisées afin d'être acceptées par les patients.

Des défis supplémentaires, qui pourraient s'avérer plus difficiles pour les cœurs humains plus gros, comprennent le chargement de l'échafaudage avec le nombre approprié de cellules, le maintien des cellules en vie avec suffisamment de nutriments et d'oxygène et leur maturation correcte.

Créer un cœur électriquement stable sur de longues périodes peut également être difficile, dit Richard Lee , cardiologue au Brigham and Women's Hospital, à Boston, et professeur à la Harvard Medical School.

De plus, le cœur devrait pouvoir exister in vivo pendant de longues périodes sans provoquer de caillots sanguins ou d'accidents vasculaires cérébraux. Il y a un long chemin à parcourir avant que vous puissiez réellement sentir que c'est à l'horizon pour le traitement des patients, dit Lee.

Ces dernières années, la recherche sur l'ingénierie tissulaire cardiaque a considérablement proliféré. De nombreux groupes utilisent maintenant des cellules en conjonction avec divers types de matériaux d'échafaudage pour essayer de reconstruire la structure des tissus vasculaires ou cardiaques.

Alors que le cœur envisagé par Taylor pourrait être une alternative à la greffe pour certains patients atteints d'une maladie cardiaque en phase terminale ou d'une insuffisance cardiaque congestive, d'autres travaux visent à réparer des zones de lésions localisées, telles que celles causées par un infarctus du myocarde ou une crise cardiaque.

Par exemple, plusieurs groupes travaillent actuellement sur des patchs cardiaques, qui sont des bandes de tissu artificiel qui peuvent être appliquées chirurgicalement sur une zone endommagée du cœur afin d'aider à restaurer sa fonction.

Les chercheurs travaillant sur les patchs cardiaques sont confrontés aux mêmes défis que le groupe de Taylor : sécuriser les cellules appropriées, les faire croître sur un échafaudage et les intégrer avec succès dans le corps, explique Vunjak-Novakovic. Son groupe conçoit des patchs utilisant des cellules souches humaines adultes et des cellules souches embryonnaires humaines, dans le but de revasculariser et de reconstruire la structure cardiaque dans une zone qui a été endommagée par une crise cardiaque. Les patchs cardiaques se sont révélés prometteurs dans les études animales, mais n'ont pas encore été testés dans des essais sur l'homme.

Taylor dit que la technologie cardiaque décellularisée de son équipe pourrait également être utilisée pour créer une partie d'un cœur comme un mur ou un ventricule, ou une section de tissu qui pourrait être utilisée comme patch.

Une autre approche consiste à injecter des cellules dans des régions cardiaques endommagées dans l'espoir de reconstruire ou de réparer le tissu cardiaque et le système vasculaire. Lee dit que l'injection de cellules de moelle osseuse dans les artères cardiaques a montré un certain succès dans l'amélioration de la fraction d'éjection (le pourcentage de sang éjecté à chaque battement) et d'autres mesures de la fonction cardiaque dans les essais cliniques humains.

Compte tenu du nombre énorme de patients ayant besoin de nouvelles options, ajoute Lee, tout devrait être sur la table. Nous ne pouvons abandonner aucune approche, aussi sauvage ou improbable soit-elle, jusqu'à ce que nous obtenions de meilleurs traitements pour ces personnes.

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