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Toutes les 40 secondes, une personne aux États-Unis fait une crise cardiaque. Chaque fois, jusqu’à un milliard de cellules du muscle cardiaque suffoquent. Ces cellules perdues ne repoussent jamais, laissant près de 800 000 personnes par an handicapées pour la vie. Nenad Bursac pense qu’il peut soigner certaines de ces personnes.

Un patch cardiaque pour réparer des cellules cardiaques mortes

Au cours des 20 dernières années, le bio-ingénieur de l’Université Duke à Durham, en Caroline du Nord, a mis au point un « patch » qui pourrait remplacer les cellules détruites par une crise cardiaque. Chez les rongeurs, il a découvert qu’il pouvait s’accrocher au système circulatoire et se contracter. Ce patch de Bursac a maintenant la taille d’un jeton de poker et l’épaisseur d’un carton – ce qui assez gros et complexe pour être testé sur de gros animaux, a-t-il déclaré ce mois-ci lors de la réunion d’Experimental Biology 2019 à Orlando, en Floride.
Comme d’autres qui tentent de réparer des cœurs endommagés, Bursac commence par utiliser des cellules souches qui peuvent se développer en tissus spécialisés tels que le muscle cardiaque. Mais alors que certains chercheurs injectent des centaines de millions de cellules musculaires cardiaques dans le corps, l’équipe de Bursac et plusieurs autres groupes développent des morceaux de muscle cardiaque dans un plat que les chirurgiens pourraient attacher à un cœur endommagé.

Une approche transformatrice

« Cela pourrait être une approche transformatrice », déclare Ralph Marcucio, biologiste du développement à la faculté de médecine de l’Université de Californie à San Francisco. Les efforts de recherche de Bursac « sont les meilleurs sur le terrain », ajoute Martine Dunnwald, biologiste cellulaire à l’Université de l’Iowa à Iowa City.
À un moment donné, les cardiologues pensaient que le cœur avait une réserve secrète de cellules souches qui pourraient être stimulées pour réparer l’organe naturellement, mais la plupart des biologistes s’accordent à dire que de telles cellules n’existent pas dans le cœur. Une première solution dans les premiers essais cliniques consistait à fabriquer des cellules du muscle cardiaque dans un laboratoire à partir d’autres cellules souches, et les injecter dans l’artère alimentant le cœur et à espérer qu’elles s’installent dans l’organe et compensent le tissu mort.
Bursac est sceptique quant à cette approche, car le pourcentage de cellules qui survivent à l’injection et se rendent au cœur est très faible. Son approche nécessite une intervention chirurgicale à cœur ouvert, mais elle fournit une réparation plus adaptée aux types de cellules et à l’architecture de l’organe réel. « Ce que les gens voient actuellement, c’est qu’il faut plus de structures et plus de cellules », déclare Jeffrey Jacot, ingénieur en bioingénierie au campus médical Anschutz de l’Université du Colorado à Aurora.

Bursac veut réparer les cœurs directement

Bursac a commencé à travailler sur les patchs cardiaques en tant qu’étudiant au doctorat, persuadé que les cellules de rat néonatales se transformaient en muscle cardiaque dans une cuvette et se contractaient. D’autres chercheurs ont mis au point de minuscules échantillons de tissu cardiaque pour tester des médicaments dans des plats de laboratoire. Mais Bursac veut réparer les cœurs directement.
Au fil des ans, son équipe a appris que la fibrine, une protéine qui contribue à la formation de caillots sanguins, constituait le meilleur choix pour la culture de cellules souches. La meilleure façon de nourrir ces cellules est de les faire basculer doucement dans un cadre suspendu dans les milieux liquides. « Ces cellules mûrissent et deviennent fortement contractantes », dit Bursac.
En 2016, lorsque son laboratoire a découvert comment produire ces contractions, les patchs cardiaques étaient minuscules. Ensuite, il y a deux ans, l’équipe a créé un patch de 4 centimètres sur 4 centimètres, potentiellement assez grand pour réparer un cœur humain endommagé.
« La taille est excitante », déclare Christopher Chen, ingénieur en bio-ingénierie à l’Université de Boston. Cela « suggère que vous pouvez atteindre une échelle cliniquement pertinente ».
L’équipe de Bursac a également démontré sur des rongeurs que les vaisseaux sanguins du cœur traité pouvaient se développer dans le patch pour le maintenir en vie. Bursac a récemment été plus complexe, en ajoutant des populations de cellules endothéliales, qui se transforment en vaisseaux sanguins, et des cellules de fibroblastes, dont il a réalisé qu’elles pouvaient aider le patch à se renforcer et à devenir plus fort.

le réseau capillaire du patch se raccorde au système circulatoire

Un patch composé de 70% de cellules du muscle cardiaque, et des deux autres types de cellules constituant le reste, semble le mieux jusqu’à présent, a-t-il déclaré lors de la réunion. Lorsque ce patch est implanté chez des rats et des souris, son réseau capillaire se raccorde au système circulatoire du rongeur, a-t-il rapporté. « Mais nous ne savons toujours pas si cela peut procurer un avantage de survie au patch. »
On ne sait pas non plus comment – ni même si – un patch va s’intégrer électriquement et mécaniquement au cœur d’origine, de sorte qu’il fonctionne comme une véritable unité. Parce que ce patch serait cousu à l’extérieur d’un cœur endommagé, sur le tissu cicatriciel, « il est difficile de le faire battre avec le muscle existant », souligne Katherine Yutzey, biologiste en cardiologie à l’Hôpital pour enfants de Cincinnati dans l’Ohio.
Les réponses peuvent provenir de tests de ces patchs cardiaques humains sur des porcs ou d’autres grands animaux, que Bursac effectue avec le bio-ingénieur Jianyi Zhang à l’Université de l’Alabama à Birmingham. Mais Michelle Tallquist, biologiste cardiovasculaire à la faculté de médecine John A. Burns de Honolulu à l’Université d’Hawaï, craint que la création d’un patch pour une personne qui vient de subir une crise cardiaque prenne trop de temps – jusqu’à 6 mois si le patient lui-même en souffre.

Cela pourrait devenir une thérapie

Bursac pense que la solution pourrait être de développer une banque de cellules souches immunologiquement compatibles, qui pourraient être insérées au besoin dans un patch cardiaque en 3 semaines à peine. Pour lui, le prix est clair; ce patch peut « remplacer les cellules cardiaques mortes par des cellules vivantes qui battent et se contractent », explique-t-il. « Vous pouvez voir maintenant que cela pourrait potentiellement devenir une thérapie. »
Source : Science
Crédit photo : Pixabay

Un patch de muscle cardiaque pour soigner les cœurs maladesmartinbiothechnologie
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