Tissu cardiaque auriculaire et ventriculaire conçu en 3D - 28/02/2020

Des chercheurs du Technion, du Rambam Healthcare Campus (Rambam Medical Center) et des collègues du McEwen Stem Cell Institute du University Health Network de Toronto, au Canada, ont réussi à produire des tissus cardiaques en 3D à partir de cellules intégrées spécifiques à la chambre cellules cardiaques (cellules auriculaires et ventriculaires) dérivées de cellules souches humaines.

Création d'un modèle de fibrillation auriculaire dans le tissu auriculaire modifié et cartographie de l'activité électrique dans ce modèle dans la colonne de gauche, qui montre un trouble résultant de la «formation du rotor» et dans la colonne de droite, l'arrêt de l'arythmie et le retour à rythme normal grâce à l'utilisation de médicaments existants et nouveaux.

Les tissus, qui simulent les tissus cardiaques de l'oreillette (oreillette ou chambre supérieure du cœur à travers laquelle le sang pénètre dans les ventricules ) ou les ventricules, serviront dans un proche avenir à personnaliser les médicaments pour les patients cardiaques et à développer de nouveaux médicaments pour les traiter. . Dans un avenir plus lointain, la technologie devrait être utilisée dans la production d'implants pour les zones endommagées des oreillettes et des ventricules.

Professeur Lior Gepstein

Pour démontrer le potentiel inhérent de cette technologie, les chercheurs ont développé un modèle d'arythmie dans le tissu auriculaire modifié. Le modèle simule le type de rythme cardiaque irrégulier le plus courant - la fibrillation auriculaire - et permet d'examiner l'effet des médicaments pertinents sur la prévention ou l'arrêt de l'arythmie après son début.

Les modèles de tissus auriculaires et ventriculaires présentaient des propriétés uniques en termes de modèles d'expression de gènes et de protéines, d'activité électrique et de propriétés contractiles, qui étaient similaires à leurs chambres correspondantes dans le cœur in vivo. "La séparation entre ces deux types de tissus est importante car les médicaments qui peuvent améliorer la fonction des cellules auriculaires et ainsi prévenir les arythmies dans l'oreillette sont susceptibles de nuire à la fonction des cellules ventriculaires et même d'induire des arythmies ventriculaires", a expliqué le chercheur principal, le professeur Lior Gepsteindu Technion - Institut israélien de technologie. «Par exemple, pour la fibrillation auriculaire - le type de rythme cardiaque irrégulier le plus courant qui est également responsable de plus d'un quart de tous les accidents vasculaires cérébraux - nous voulons influencer l'activité électrique des cellules auriculaires à l'aide de médicaments, sans affecter la fonction du tissu ventriculaire . Maintenant que nous pouvons fabriquer individuellement les cellules de l'oreillette et du ventricule, nous pouvons tester chaque médicament pour chaque type de cellule séparément. »

Les outils de recherche uniques développés dans la présente étude - tissus auriculaires et ventriculaires modifiés et méthodes innovantes pour les étudier - pourraient révolutionner le domaine du développement de médicaments ainsi que la capacité d'adapter personnellement les médicaments au patient à partir duquel le tissu a été produit (personnalisé médicament). À long terme, le professeur Gepstein espère que «nous pourrons utiliser des méthodes similaires pour produire également du tissu cardiaque pour les greffes chez les patients cardiaques. Ces tissus seront bien reçus car ils sont basés sur les caractéristiques génétiques du patient lui-même.

La recherche, qui a été publiée dans Nature Communications, était dirigée par le professeur Gepstein, chef du laboratoire de recherche de la famille Sohnis pour l'électrophysiologie cardiaque et la médecine régénérative à la faculté de médecine Rappaport du Technion et chef de la cardiologie au centre de santé Rambam; avec le doctorant Idit Goldfracht. Le travail a été réalisé dans le cadre d'une collaboration entre le Technion et le laboratoire du professeur Gordon Keller, qui est le directeur du McEwen Stem Cell Institute.

Candidat au doctorat Idit Goldfracht

Le présent article vient compléter une précédente étude du laboratoire du professeur Gepstein qui a été publié récemment dans t - il Journal de l'American College of Cardiology. Dans cet article, un modèle bidimensionnel unique de tissu cardiaque a été dérivé d'une source de cellules souches humaines spécifique au patient, permettant de modéliser et d'étudier des arythmies complexes dans les troubles cardiaques héréditaires. Dans ce travail, réalisé par le Dr Rami Shinnawi et Naim Shaheen du groupe de recherche du professeur Gepstein, ce modèle unique a été utilisé pour l'étude d'un syndrome arythmogène héréditaire menaçant le pronostic vital appelé syndrome du QT court. Ce syndrome peut entraîner une variété d'arythmies et même une mort subite chez les jeunes patients. Le modèle présenté par l'équipe du professeur Gepstein permet de reconstruire et d'étudier les mécanismes sous-jacents aux arythmies dans cette maladie, de tester différents traitements en laboratoire et de choisir à l'avancele traitement optimal pour le patient spécifique. Ce travail a également démontré la possibilité d'utiliser l'édition génétique (CRISPR) pour corriger la mutation menant à l'arythmie dans cette maladie, fournissant des preuves de concept pour le potentiel de cette approche pour le traitement des troubles génétiques à l'avenir.

CONTEXTE

Les modèles 2D et 3D décrits dans ces deux articles sont basés sur la production de cellules cardiaques à l'aide de la technologie des cellules souches pluripotentes induite par l'homme (hiPSC). Cette technologie a été initialement développée par le chercheur japonais Shinya Yamanaka, co-récipiendaire du prix Nobel de physiologie ou médecine pour 2012.

L'un des avantages évidents de cette technologie est la capacité de produire des cellules et des tissus pour la transplantation à partir des propres cellules du patient - ce qui évite le problème de rejet lors de l'utilisation de cellules d'une autre personne. En outre, le processus permet également la création de modèles spécifiques au patient dans le laboratoire qui peuvent être utilisés pour individualiser les thérapies spécifiques au patient et pour dériver des plateformes uniques pour le développement de médicaments et les tests de dépistage.

Le processus, dans une description de base, commence par la collecte de cellules adultes - peau ou cellules sanguines, par exemple - auprès du patient. Ces cellules sont ensuite reprogrammées dans une sorte de «tunnel temporel cellulaire» et ramenées à l'état des premières cellules du corps, ressemblant à des cellules souches embryonnaires. Les hiPSC résultants sont ensuite guidés en laboratoire pour se différencier en types de cellules souhaités. Dans les laboratoires du professeur Gepstein et du professeur Keller, qui se concentrent sur la culture du tissu cardiaque, les chercheurs utilisent différents facteurs de croissance pour diriger la différenciation des cellules souches en cellules cardiaques, et comme illustré dans le dernier article, même dans différents types de cœur cellules - cellules ventriculaires, cellules auriculaires et cellules de stimulateur cardiaque.

Pour l'étude complète dans Nature Communications , cliquez ici


Le processus de création des tissus auriculaires et ventriculaires modifiés. Les cellules cardiaques (ventriculaires ou auriculaires) dérivées des cellules souches sont mélangées avec du collagène pour former le tissu modifié dans un modèle désigné. Le tissu résultant subit un étirement mécanique, et enfin, le tissu résultant se contracte et se dilate alternativement. Dans ce cas, les chercheurs ont développé un tissu en forme d'anneau.

Source : Technion

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