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Un virus qui reconstruit les nerfs endommagés
Les virus qui imitent le tissu nerveux de soutien pourraient un jour aider à régénérer les moelles épinières blessées. Alors que d'autres matériaux de génie tissulaire doivent être synthétisés et façonnés en laboratoire, les virus génétiquement modifiés ont l'avantage de se répliquer et de s'assembler eux-mêmes. Ils peuvent être conçus pour exprimer des protéines favorables aux cellules sur leurs surfaces et, avec un peu de cajolerie, être transformés en structures tissulaires complexes. Des études préliminaires montrent que les échafaudages fabriqués à l'aide d'un type de virus appelé bactériophage (ou phage) qui infecte les bactéries mais ne peuvent pas envahir les cellules animales peuvent favoriser la croissance et l'organisation des cellules nerveuses.
Échafaudage viral : Cette fibre est constituée de milliards de virus et est étudiée comme un échafaudage d'ingénierie tissulaire. La fibre aide les cellules progénitrices à se transformer en neurones.
Les chercheurs travaillant sur l'ingénierie tissulaire espèrent éventuellement être en mesure d'utiliser les propres cellules d'un patient pour produire des tissus de remplacement pour les cœurs, les foies et les nerfs endommagés. Mais imiter la structure et la fonction des tissus du corps s'est avéré difficile. Des matrices de protéines fibreuses de soutien soutiennent les cellules du cœur, des poumons et d'autres tissus du corps. Ces échafaudages fournissent à la fois un support structurel et des signaux chimiques qui permettent à un organe ou à un tissu nerveux de fonctionner correctement.
Certains ingénieurs biologistes utilisent des échafaudages en polymères pour essayer d'imiter la matrice de soutien du vrai tissu. Seung Wuk Lee , bio-ingénieur à l'Université de Californie à Berkeley, s'est plutôt tourné vers les virus. Les virus sont des matériaux intelligents, dit-il. Une fois que vous avez construit le génome, vous pouvez créer des milliards de phages, et ce sont des matériaux qui se répliquent eux-mêmes. Le phage avec lequel Lee travaille, appelé M13, est long et mince comme les fibres protéiques qui composent les matrices cellulaires à l'intérieur du corps.
Tout d'abord, Lee et sa collègue Anna Merzlyak ont génétiquement modifié M13 pour afficher des protéines favorables aux nerfs sur leurs couches externes. Ces protéines sont connues pour aider les cellules nerveuses à proliférer, à adhérer et à s'étendre en de longues formes semblables à des fibres. Ensuite, les chercheurs ont cultivé un grand nombre de virus dans des cellules hôtes bactériennes et les ont déposés dans une solution contenant des cellules progénitrices neurales. Ces cellules sont plus développées que les cellules souches, mais elles sont encore jeunes et ont besoin d'être cajolées pour former de nouveaux tissus. Dans la solution, les virus s'alignent comme un cristal liquide, explique Lee. Lui et Merzlyak ont utilisé des pipettes pour injecter la solution dans de la gélose, un milieu de culture cellulaire de type Jell-O, créant de longues fibres nerveuses du virus entrecoupées de cellules. Les cellules progénitrices se sont ensuite multipliées et ont fait croître les longues branches caractéristiques des neurones. Lee dit que les phages sont bien adaptés à la fabrication de longues structures fibreuses telles que le tissu nerveux, mais peuvent également être transformés en structures plus complexes en faisant varier leur concentration ou en manipulant leur position avec un champ magnétique.
Lee n'est pas le premier à utiliser un virus comme matériau d'ingénierie. D'autres chercheurs ont utilisé le même virus pour fabriquer des électrodes de batterie. L'utilisation du virus de cette manière a été lancée par Angèle Belcher , maintenant professeur de science et d'ingénierie des matériaux et de génie biologique au MIT, et a été à la base des travaux d'études supérieures de Lee alors qu'il était dans son laboratoire. Les phages génétiquement modifiés ont déjà été approuvés comme conservateur alimentaire antibactérien par la Food and Drug Administration des États-Unis, pour une utilisation dans les viandes pour le déjeuner comme la bologne, par exemple. Les phages sont également à l'étude comme traitement potentiel des infections bactériennes chroniques.
Professeur de l'Institut MIT Robert Langer dit que le travail de Lee est intéressant du point de vue des matériaux, mais il prévient que sa faisabilité doit être établie par des études in vivo.
Lee dit que son groupe prévoit d'établir ensuite la sécurité des échafaudages de phages chez les animaux vivants. M13 a un bon dossier de sécurité et n'est pas capable d'infecter les gens. Pourtant, les chercheurs de Berkeley devront étudier comment le système immunitaire d'un animal réagit aux échafaudages viraux et prouver qu'ils encouragent la régénération nerveuse une fois à l'intérieur du corps. Lee espère que le système viral sera éventuellement utilisé pour régénérer les neurones chez les patients atteints de lésions de la moelle épinière.