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Les vésicules extracellulaires (VE) – des messagers de la taille du nanomètre, qui voyagent entre les cellules pour livrer des signaux et des marchandises sont des outils prometteurs pour la prochaine génération de thérapies. Il a déjà été démontré que les VE dérivés de cellules souches, aident les cellules cardiaques à se rétablir après une crise cardiaque, mais la manière exacte dont elles aident et si l’effet bénéfique est spécifique aux VE dérivés de cellules souches restent un mystère.

Les VE peuvent réactiver les cellules 

Maintenant, des chercheurs de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard ont mis au jour les mécanismes potentiels qui sous-tendent le pouvoir de guérison des VE et ont démontré leur capacité non seulement à réactiver les cellules après une crise cardiaque, mais aussi à maintenir le fonctionnement de ces cellules pendant qu’elles sont privées d’oxygène, lors d’une crise cardiaque. Les chercheurs ont démontré cette fonctionnalité dans des tissus humains en utilisant un cœur sur puce avec des capteurs intégrés qui suivaient en permanence les contractions des tissus.
Les crises cardiaques, ou infarctus du myocarde, se produisent lorsque la circulation sanguine vers le cœur est bloquée. Bien sûr, la meilleure façon de traiter une crise cardiaque est de rétablir la circulation sanguine, mais ce processus peut en fait causer davantage de dommages aux cellules du cœur. Les lésions dites d’ischémie-reperfusion (IRI) ou de réoxygénation se produisent lorsque l’apport sanguin revient dans les tissus, après une période de manque d’oxygène.
« La réponse cellulaire à l’IRI implique de multiples mécanismes, tels que la surcharge en calcium et en protons, le stress oxydatif, le dysfonctionnement mitochondrial et bien d’autres encore », a déclaré Moran Yadid, chercheur postdoctoral et premier auteur de l’article. « Cet ensemble complexe de processus pose un défi pour le développement de thérapies efficaces, qui peuvent s’attaquer à chacun de ces problèmes ».
C’est là qu’interviennent les VE dérivées de l’endothélium (EEVs). Parce que ces vésicules sont dérivées du tissu vasculaire, qui est uniquement réglé pour détecter le stress hypoxique, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la cargaison qu’elles transportent pourrait fournir une protection directe au muscle cardiaque. Les chercheurs ont cartographié l’ensemble des protéines EEV qui sont, ou peuvent être, exprimées par les vésicules.

Un cocktail de molécules et de protéines 

« Étonnamment, même si ces vésicules ne font que cent cinquante nanomètres de diamètre, elles contiennent près de 2 000 protéines différentes », a déclaré M. Yadid. « Plusieurs de ces protéines sont liées à des processus métaboliques comme la respiration, la fonction mitochondriale, la signalisation et l’homéostasie. En d’autres termes, plusieurs des processus qui se rapportent à la réponse cardiaque au stress. Donc, plutôt qu’une seule molécule qui soit thérapeutique, nous pensons que les exosomes contiennent un cocktail de molécules et de protéines qui peuvent ensemble aider la cellule à maintenir l’homéostasie, à gérer le stress, à modifier l’action métabolique et à réduire le nombre de lésions ».
L’équipe a testé l’effet des EEVs sur le tissu cardiaque humain en utilisant le modèle de cœur sur puce. Les plates-formes d’organes sur puce imitent la structure et la fonction des tissus natifs et permettent aux chercheurs d’observer, en temps réel, les effets des blessures et des traitements sur les tissus humains. Ici, les chercheurs ont simulé un infarctus du myocarde et une réoxygénation sur des puces qui ont été infusées avec des EEVs et celles qui ne l’ont pas été.
« Nos résultats indiquent que les EEVs pourraient protéger les tissus cardiaques, des lésions dues à la réoxygénation en partie en complétant les cellules lésées avec des protéines et des molécules de signalisation qui soutiennent différents processus métaboliques, ouvrant la voie à de nouvelles approches thérapeutiques », a déclaré André G. Kléber, professeur invité de pathologie à la Harvard Medical School et coauteur de cette étude.

Utiliser des exosomes synthétiques à des fins thérapeutiques

« Les thérapies cellulaires exosomales pourraient être bénéfiques lorsque le modèle traditionnel d’une molécule, d’une cible, ne permet tout simplement pas de guérir une maladie », a déclaré M. Parker. « Avec les vésicules que nous avons administrées, nous pensons adopter une approche de type « shotgun » pour atteindre un réseau de cibles de médicaments. Grâce à notre plateforme d’organes sur puce, nous serons en mesure d’utiliser des exosomes synthétiques à des fins thérapeutiques, qui pourraient être plus efficaces et se prêter à une fabrication plus fiable ».
Cette recherche a été publiée dans Science Translational Medicine.
Source : Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
Crédit photo : StockPhotoSecrets

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