Cœur bioartificiel
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Un cœur bioartificiel est un cœur modifié qui contient la structure extracellulaire d'un cœur décellularisé et des composants cellulaires provenant d'une autre source. Ces cœurs sont d'un intérêt particulier pour la thérapie ainsi que la recherche sur les maladies cardiaques. Les premiers cœurs bioartificiels ont été créés en 2008 à partir de cœurs de rats cadavériques. En 2014, des cœurs bioartificiels de taille humaine ont été construits à partir de porcs. Les cœurs bioartificiels n'ont pas encore été développés pour une utilisation clinique, bien que la recellularisation de cœurs porcins avec des cellules humaines ouvre la voie à la xénotransplantation[1],[2],[3].
Contexte[modifier | modifier le code]
L'insuffisance cardiaque est l'une des principales causes de décès. En 2013, on estime que 17,3 millions de décès par an sur un total de 54 millions de décès sont causés par des maladies cardiovasculaires, ce qui signifie que 31,5% des décès mondiaux sont dus à cela. Souvent, le seul traitement viable pour l'insuffisance cardiaque en phase terminale est la transplantation d'organe. Actuellement, l'offre d'organes est insuffisante pour répondre à la demande, ce qui constitue une grande limitation dans un plan de traitement en phase terminale. Une alternative théorique aux processus traditionnels de transplantation est l'ingénierie de cœurs bioartificiels personnalisés. Les chercheurs ont réalisé de nombreuses avancées dans l'ingénierie des tissus cardiovasculaires et se sont tournés vers l'utilisation de cœurs cadavériques décellularisés et recellularisés afin de créer un organe fonctionnel. La décellularisation-recellularisation consiste à utiliser un cœur cadavérique, à enlever les contenus cellulaires tout en maintenant la matrice protéique (décellularisation), puis à faciliter la croissance du tissu cardiovasculaire approprié à l'intérieur de la matrice restante (recellularisation)[4],[5],[3].
Au cours des dernières années, les chercheurs ont identifié des populations de cellules souches cardiaques présentes dans le cœur adulte humain. Cette découverte a poussée l'idée de régénérer les cellules cardiaques en prenant les cellules souches à l'intérieur du cœur et en les reprogrammant en tissus cardiaques. L'importance de ces cellules souches réside dans leur capacité à s'auto-renouveler, à se différencier en cardiomyocytes, en cellules endothéliales et en cellules musculaires lisses vasculaires, ainsi qu'en leur clonogénicité. Ces cellules souches sont capables de devenir des myocytes, qui sont responsables de la stabilisation de la topographie des composants intercellulaires, ainsi que d'aider à contrôler la taille et la forme du cœur, ainsi que des cellules vasculaires, qui servent de réservoir cellulaire pour le renouvellement et le maintien des tissus mésenchymateux. Cependant, des études in vivo ont démontré que la capacité régénératrice des cellules souches cardiaques implantées réside dans la réponse immunitaire médiée par les macrophages et la cicatrisation des plaies médiée par les fibroblastes, et non dans leur fonctionnalité, car ces effets ont été observés aussi bien pour les cellules souches vivantes que mortes[6],[7].
Méthodologie[modifier | modifier le code]
La méthode préférée pour éliminer tous les composants cellulaires d'un cœur est la décellularisation par perfusion. Cette technique consiste à perfuser le cœur avec des détergents tels que le SDS et le Triton X-100 dissous dans de l'eau distillée[2].
La matrice extracellulaire (ECM) restante est composée d'éléments structurels tels que le collagène, la laminine, l'élastine et la fibronectine. L'échafaudage de l'ECM favorise la prolifération cellulaire adéquate, la différenciation, le développement vasculaire, ainsi que le soutien mécanique à la croissance cellulaire. Étant donné qu'il reste un minimum de matériel génétique après le processus de décellularisation, l'organe modifié est biocompatible avec le receveur de la greffe, quelle que soit l'espèce. Contrairement aux options de greffe traditionnelles, les cœurs recellularisés sont moins immunogènes et présentent un risque de rejet réduit[3].
Une fois que le cœur décellularisé a été stérilisé pour éliminer tous les agents pathogènes, le processus de recellularisation peut commencer. Des progéniteurs cardiovasculaires multipotents sont ensuite ajoutés au cœur décellularisé et, avec l'ajout de facteurs de croissance exogènes supplémentaires, ils sont stimulés pour se différencier en cardiomyocytes, en cellules musculaires lisses et en cellules endothéliales[3],[8].
Fonctionnalité cardiaque recellularisée[modifier | modifier le code]
Les résultats les plus prometteurs proviennent de cœurs de rats recellularisés. Après seulement 8 jours de maturation, les modèles de cœur ont été stimulés par un signal électrique pour fournir une stimulation cardiaque. Les modèles de cœur ont montré une contraction unifiée avec une force équivalente à environ 2 % d'un cœur de rat normal ou environ 25 % de celle d'un cœur humain de 16 semaines[2].
Bien qu'encore loin d'être utilisés dans un cadre clinique, il y a eu de grandes avancées dans le domaine de la génération de cœurs bioartificiels. L'utilisation des processus de décellularisation et de recellularisation a conduit à la production d'une matrice tridimensionnelle qui favorise la croissance cellulaire, à la repopulation de la matrice contenant une composition cellulaire appropriée, et à la bioingénierie d'organes démontrant une fonctionnalité (limitée) et une réactivité aux stimuli. Ce domaine présente un immense potentiel et grâce à des recherches futures, il pourrait redéfinir le traitement de l'insuffisance cardiaque en phase terminale[3],[8].
Notes et références[modifier | modifier le code]
- Alexander Weymann, Nikhil Prakash Patil, Anton Sabashnikov, Philipp Jungebluth, Sevil Korkmaz, Shiliang Li, Gabor Veres, Pal Soos, Roland Ishtok, Nicole Chaimow, Ines Pätzold, Natalie Czerny, Carsten Schies, Bastian Schmack, Aron-Frederik Popov, André Rüdiger Simon, Matthias Karck, Gabor Szabo et Umberto Benedetto, « Bioartificial Heart: A Human-Sized Porcine Model – The Way Ahead », PLOS ONE, vol. 9, no 11, , e111591 (PMID 25365554, PMCID 4218780, DOI 10.1371/journal.pone.0111591
, Bibcode 2014PLoSO...9k1591W)
- Harald C Ott, Thomas S Matthiesen, Saik-Kia Goh, Lauren D Black, Stefan M Kren, Theoden I Netoff et Doris A Taylor, « Perfusion-decellularized matrix: using nature's platform to engineer a bioartificial heart », Nature Medicine, vol. 14, no 2, , p. 213–221 (PMID 18193059, DOI 10.1038/nm1684, S2CID 12765933)
- Jeremy J. Song et Harald C. Ott, « Organ engineering based on decellularized matrix scaffolds », Trends in Molecular Medicine, vol. 17, no 8, , p. 424–432 (PMID 21514224, DOI 10.1016/j.molmed.2011.03.005)
- Dariush Mozaffarian, Emelia J. Benjamin, Alan S. Go, Donna K. Arnett, Michael J. Blaha, Mary Cushman, Sarah De Ferranti, Jean-Pierre Després, Heather J. Fullerton, Virginia J. Howard, Mark D. Huffman, Suzanne E. Judd, Brett M. Kissela, Daniel T. Lackland, Judith H. Lichtman, Lynda D. Lisabeth, Simin Liu, Rachel H. MacKey, David B. Matchar, Darren K. McGuire, Emile R. Mohler, Claudia S. Moy, Paul Muntner, Michael E. Mussolino, Khurram Nasir, Robert W. Neumar, Graham Nichol, Latha Palaniappan, Dilip K. Pandey et Mathew J. Reeves, « Heart Disease and Stroke Statistics—2015 Update », Circulation, vol. 131, no 4, , e29-322 (PMID 25520374, DOI 10.1161/cir.0000000000000152 , S2CID 30224225)
- Carolina Gálvez-Montón, Cristina Prat-Vidal, Santiago Roura, Carolina Soler-Botija et Antoni Bayes-Genis, « Cardiac Tissue Engineering and the Bioartificial Heart », Revista Española de Cardiología (English Edition), vol. 66, no 5, , p. 391–399 (PMID 24775822, DOI 10.1016/j.rec.2012.11.012)
- Chamuleau, S.A.J. Vrijsen, K.R. Rokosh, D.G. Tang, X.L. Piek, J.J. Bolli, R., « Cell therapy for ischaemic heart disease: focus on the role of resident cardiac stem cells », Bohn Stafleu van Loghum, vol. 17, no 5, , p. 199–207 (OCLC 678293987, PMID 19484156, PMCID 2688018, DOI 10.1007/BF03086247, lire en ligne)
- Ronald J. Vagnozzi, Marjorie Maillet, Michelle A. Sargent, Hadi Khalil, Anne Katrine Z. Johansen, Jennifer A. Schwanekamp, Allen J. York, Vincent Huang, Matthias Nahrendorf, Sakthivel Sadayappan et Jeffery D. Molkentin, « An acute immune response underlies the benefit of cardiac stem cell therapy », Nature, vol. 577, no 7790, , p. 405–409 (PMID 31775156, PMCID 6962570, DOI 10.1038/s41586-019-1802-2)
- Michael A Laflamme et Charles E Murry, « Regenerating the heart », Nature Biotechnology, vol. 23, no 7, , p. 845–856 (PMID 16003373, DOI 10.1038/nbt1117, S2CID 8265954)
