Les microfils aident à développer de nouveaux muscles

Les chercheurs ont réparé de grandes blessures musculaires chez des souris en cultivant et en implantant des microfils recouverts de cellules musculaires humaines. Les microfils, fabriqués à partir du même matériau qui déclenche la formation de caillots sanguins, semblent aider les cellules à se développer dans la bonne orientation, ce qui est vital pour reconstruire le tissu musculaire fonctionnel.

Réparation musculaire : Des fils fins comme ceux montrés ici ont été ensemencés avec des cellules musculaires et implantés dans des plaies pour aider à guérir les muscles chez la souris.

Nous émettons l'hypothèse que les cellules migrent le long de ces échafaudages, qui agissent comme un conduit, dit Épingles George , professeur agrégé de bio-ingénierie au Worcester Polytechnic Institute. Pins a développé la technologie microthread. Les cellules implantées s'intègrent rapidement dans le muscle existant et réduisent la formation de tissu cicatriciel. Les cellules se développent dans l'espace où se trouvaient les muscles, mais elles se développent de manière guidée.

À l'heure actuelle, les médecins ne peuvent pas faire grand-chose lorsqu'une personne subit une blessure musculaire massive, comme lors d'un accident de voiture ou d'une explosion. D'épaisses bandes de tissu cicatriciel peuvent se former dans la plaie, laissant le muscle gravement et définitivement altéré.

Les scientifiques développent de nombreuses approches pour créer du muscle de remplacement, notamment la croissance de plaques de cellules dans une boîte, l'injection de cellules souches dans le muscle endommagé et l'implantation d'échafaudages ensemencés de cellules conçus pour imiter le tissu natif. Bien que tous ces efforts soient prometteurs pour certaines applications, l'un des principaux défis a été de développer suffisamment de cellules dans la bonne structure pour guérir les grandes plaies musculaires.

L'alignement musculaire est très important, dit Kevin Kit Parker , un bio-ingénieur à l'Université Harvard qui n'a pas été impliqué dans la recherche. Vous voulez que les sarcomères [l'unité fonctionnelle de base du muscle] soient alignés, c'est ainsi que vous obtenez des contractions musculaires.

Pins et ses collaborateurs, dont Ray Page , professeur adjoint au Bioengineering Institute de WPI, vise à résoudre ce problème en faisant croître des cellules le long de microthreads. Ces mèches très fines sont constituées de fibrine, un polymère protéique que le corps utilise pour initier la cicatrisation des plaies et un ingrédient courant dans l'ingénierie tissulaire. Pour fabriquer les microfils, les chercheurs extrudent simultanément le fibrinogène, le bloc de construction de la fibrine, et la thrombine, une enzyme qui catalyse les protéines fibrinogènes solubles en un polymère, à partir de deux petits tubes. (Les microthreads sont également à l'étude pour d'autres applications, telles que la croissance de plaques de muscle cardiaque pour réparer les dommages après une crise cardiaque.)

Les fils ont été ensemencés avec des cellules musculaires humaines dérivées de tissus jetés pendant la chirurgie. Avant l'ensemencement, l'équipe de Page a cultivé les cellules dans des conditions qui les ont poussées à se dédifférencier ou à devenir des cellules plus juvéniles et moins spécialisées, ce qui les a rendues plus aptes à se régénérer.

Pour tester la technologie chez la souris, les chercheurs ont découpé environ 30 pour cent du muscle tibial antérieur des animaux, qui se trouve à l'avant de la partie inférieure de la jambe. Ils ont ensuite implanté des microfils ensemencés de cellules dans la plaie. (Le diamètre du fil, environ 50 à 100 microns, est de cinq à 10 fois la taille des alvéoles.)

Les chercheurs pensent que l'échafaudage de fibrine envoie des signaux de signalisation qui imitent la cicatrisation native des plaies, se liant aux facteurs de croissance et à d'autres molécules présentes dans les caillots sanguins. Il attire également une enzyme qui décompose la fibrine, libérant des protéines de fibrinogène qui signalent aux cellules environnantes de migrer et de développer de nouveaux tissus, explique Pins.

Les cellules semblaient s'intégrer dans le tissu hôte en quelques jours seulement. Après une semaine, les microfils ont commencé à se dégrader et les chercheurs ont constaté que les fibres musculaires s'étaient développées dans la zone laissée pour compte. À 10 semaines, le lit de la plaie était plein de cellules humaines, qui ressemblaient à des fibres musculaires matures. La page a présenté la recherche à une bio-ingénierie symposium à WPI plus tôt ce mois-ci.

Les chercheurs tentent maintenant de déterminer si le nouveau tissu se comporte comme un muscle normal. Les premières preuves suggèrent que les implants ont également stimulé la croissance des cellules musculaires natives, bien que Page dise qu'ils doivent encore le confirmer.

De plus, les souris implantées avec des microthreads avaient beaucoup moins de tissu cicatriciel que les animaux laissés à guérir seuls. Les microfils ont considérablement réduit la quantité de collagène [le composant principal du tissu cicatriciel] déposé dans la zone de la plaie, explique Page. Au lieu de collagène, nous voyons beaucoup de tissu musculaire [bien organisé].

Page dit que tandis que d'autres scientifiques ont pu réparer les muscles dans une certaine mesure, la technologie WPI a guéri une zone de blessure beaucoup plus grande que les recherches précédentes. Cela peut être dû au fait que les microfils aident à résoudre l'un des principaux défis liés à la croissance de bandes plus larges de nouveaux tissus, à savoir l'approvisionnement en sang suffisant, vital pour la survie des cellules. L'une des raisons pour lesquelles nous voulions étudier les microfils était que nous pensions que l'espace entre les fils donnerait de la place à la formation vasculaire et à la croissance des cellules musculaires, explique Page.

Parker de Harvard, qui développe le muscle cardiaque en utilisant des fibres encore plus petites, est d'accord, ajoutant que peu de personnes en ingénierie tissulaire adoptent cette approche. Si j'y mets un gros morceau de viande, le centre deviendra hypoxique [ou privé d'oxygène], dit Parker. Si je laisse un espace entre les cellules, il est plus facile de recruter des vaisseaux sanguins locaux.

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