Les cellules souches du patient sont utilisées pour fabriquer des «maladies cardiaques sur puce»

Daniel Kraft: Medicine's future? There's an app for that (Juillet 2019).

Anonim

Les scientifiques de Harvard ont fusionné des technologies de cellules souches et d'organes sur puce pour développer, pour la première fois, un tissu cardiaque humain porteur d'une maladie cardiovasculaire héréditaire. La recherche semble être un grand pas en avant pour la médecine personnalisée, car elle prouve de manière efficace qu’un morceau de tissu contenant le trouble génétique spécifique d’un patient peut être reproduit en laboratoire.

L'ouvrage, publié dans Nature Medicine, est le fruit d'une collaboration réunissant des scientifiques du Harvard Stem Cell Institute, du Wyss Institute for Biological Inspired Engineering, du Boston Children's Hospital, de la Harvard School of Engineering et des sciences appliquées et de la Harvard Medical School.. Il combine l'expertise de Kevin Kit Parker, PhD, sur les organes et les puces, et les connaissances cliniques et sur les cellules souches de William Pu, MD.

Grâce à leur approche interdisciplinaire, les chercheurs ont modélisé le syndrome de Barth, une maladie cardiaque rare, liée à l'X, causée par la mutation d'un seul gène appelé Tafazzin ou TAZ. Le trouble, qui ne peut actuellement pas être traité, apparaît principalement chez les garçons et est associé à un certain nombre de symptômes affectant la fonction cardiaque et les muscles squelettiques.

Les chercheurs ont prélevé des cellules cutanées de deux patients atteints du syndrome de Barth et ont manipulé les cellules pour qu'elles deviennent des cellules souches portant les mutations TAZ de ces patients. Au lieu d'utiliser les cellules souches pour générer des cellules cardiaques uniques dans un plat, les cellules ont été cultivées sur des puces bordées de protéines de la matrice extracellulaire humaine qui imitent leur environnement naturel.. Le tissu malade modifié s'est contracté très faiblement, tout comme le muscle cardiaque observé chez les patients atteints du syndrome de Barth.

Les enquêteurs ont ensuite utilisé la modification du génome - une technique mise au point par George Church, Ph.D., collaborateur de Harvard - pour muter la TAZ dans des cellules normales, confirmant que cette mutation est suffisante pour provoquer une faible contraction dans le tissu d'ingénierie. D'autre part, la livraison du produit du gène TAZ aux tissus malades dans le laboratoire a corrigé le défaut contractile, créant le premier modèle à base de tissus de correction d'une maladie cardiaque génétique.

"Vous ne comprenez pas vraiment la signification de la mutation génétique d’une seule cellule jusqu’à ce que vous construisiez un gros morceau d’organe et que vous voyiez comment elle fonctionne ou ne fonctionne pas", a déclaré Parker, qui travaille depuis plus de dix ans sur la technologie des puces. "Dans le cas des cellules développées chez des patients atteints du syndrome de Barth, nous avons vu des contractions et un assemblage de tissus irréguliers beaucoup plus faibles. Pouvoir modéliser la maladie d'une seule cellule jusqu'au tissu cardiaque est une avancée majeure. "

De plus, les scientifiques ont découvert que la mutation TAZ agit de manière à perturber l'activité normale des mitochondries, souvent appelées les centrales électriques de la cellule pour leur rôle dans la production d'énergie. Cependant, la mutation ne semble pas affecter l'approvisionnement énergétique global des cellules. Dans ce qui pourrait être une fonction nouvellement identifiée pour les mitochondries, les chercheurs décrivent un lien direct entre la fonction mitochondriale et la capacité d'une cellule cardiaque à se construire d'une manière qui lui permet de se contracter.

"La mutation TAZ fait que les cellules du syndrome de Barth produisent une quantité excessive d'espèces réactives de l'oxygène ou ROS - un sous-produit normal du métabolisme cellulaire libéré par les mitochondries - qui n'a pas été reconnu comme une partie importante de cette maladie" avec le désordre.

"Nous avons montré qu'au moins en laboratoire, si vous étouffez la production excessive de ROS, vous pouvez restaurer la fonction contractile", a ajouté Pu. "Maintenant, si cela peut être réalisé dans un modèle animal ou un patient est une autre histoire, mais si cela pouvait être fait, cela suggérerait un nouvel angle thérapeutique."

Son équipe tente maintenant de traduire cette constatation en appliquant une thérapie ROS et une thérapie de remplacement génique dans des modèles animaux du syndrome de Barth pour voir si quelque chose pourrait potentiellement aider les patients humains. Dans le même temps, les scientifiques utilisent leur «cœur sur la puce» humaine comme plate-forme de test pour les médicaments potentiellement à l'essai ou déjà approuvés qui pourraient être utiles pour traiter ce trouble.

"Nous avons essayé d'enfiler plusieurs aiguilles à la fois et cela a certainement été payant", a déclaré Parker. "Je pense que la technologie dont nous disposons pour l'industrie de l'armement et les chercheurs universitaires avec les outils dont ils ont besoin pour lutter contre cette maladie."

Parker et Pu, qui ont tout d’abord parlé de collaborer à une conférence de Stockholm en 2012, ont reconnu leur partenariat et leur coopération scientifique pour le succès de cette recherche. Parker a affirmé que la technologie «organes sur puces», un produit phare de son laboratoire, fonctionnait si rapidement et si bien en raison de la haute qualité des cellules cardiaques dérivées des patients de Pu.

"Lorsque nous avons mis ces cellules sur la puce, Megan, l’un des premiers auteurs communs, m’a envoyé un texto" Cela fonctionne ", at-il rappelé. "Nous pensions que nous aurions un combat beaucoup plus difficile."

"Quand on me demande ce qui est unique à Harvard, je parle toujours de cette histoire", a déclaré Pu. "La diversité des personnes et la technologie de pointe disponibles à Harvard ont certainement rendu cette étude possible."