Transformer des cellules du sang en cellules cardiaques.

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Une découverte récente pourrait contribuer à la baisse du nombre d'attaques cardiaques dont 1,5 million d'américains sont victimes chaque année [1]. Elle consiste en une méthode de fabrication de cellules cardiaques développée par le professeur Elias Zambidis et son équipe à l'université Johns Hopkins, à Baltimore [2,3]. Ce nouveau procédé permet l'introduction d'ADN plasmidique dans les cellules souches du sang pour les transformer en cellules cardiaques. Environ 95% de cellules cardiaques contractiles ont été comptabilisées grâce à cette méthode qui n'utilise aucun virus, contrairement à ce qui est pratiqué actuellement [4]. Par ailleurs, cette étude est très prometteuse car elle dépasse les seuils de contractibilité de cellules cardiaques habituellement observés et évalués de 8 à 22% [5,6]. Elle surpasse également le taux de contraction exceptionnel atteint dans une autre étude et avoisinant 70% [7].

1ère étape : Transformation des cellules souches en cellules iPS

Les cellules du muscle cardiaque, ou cardiomyocytes, sont des cellules qui font battre le coeur. De nos jours, les cardiomyocytes sont fabriqués à partir des cellules souches pluripotentes induites (cellules iPS), elles-mêmes fabriquées à partir de cellules souches de la peau ou du sang. Pour ceci, les cellules du sang ou de la peau sont reprogrammées en cellules iPS grâce à l'injection de virus modifié génétiquement favorisant la transformation des cellules.

Mais le virus utilisé peut causer des mutations non désirées et dans certains cas même, provoquer l'apparition d'un cancer. C'est pour cela qu'il est préférable de créer de nouvelles méthodes de fabrication de cellules iPS qui n'utulisent pas de virus. Ainsi, pour empêcher le recours aux virus, l'équipe d'E. Zambidis a utilisé des plasmides : molécules d'ADN circulaires double brin distinctes de l'ADN chromosomique. Les plasmides sont naturellement présents chez les bactéries et sont capables de réplication autonome au sein de la cellule.

Le plasmide portant les sept gènes nécessaires à la transformation en cellules iPS a pu pénétrer dans les cellules souches de sang de cordon ombilical grâce à la technique de l'électroporation. Cette technique consiste à soumettre les cellules à un champ électrique, leurs membranes sont ainsi déstabilisées et des pores membranaires apparaissent, le plasmide pénètre alors dans la cellule en passant par ceux-ci. Les sept gènes présents sur le plasmide sont alors transcrits, ce qui permet la transformation des cellules souches du cordon ombilical en cellules iPS.

2ème étape : Transformation des cellules iPS en cardiomyocytes

Les cardiomyocytes imposent quant à eux, pour leur synthèse à partir des cellules iPS, une méthode de culture délicate à mettre au point. De plus, si les cellules iPS ne se développent pas correctement en amas réguliers, une absence de battement peut être observée, critique pour des cellules cardiaques. Afin de développer le meilleur bouillon qui permettra aux cellules iPS de se transformer en cardiomyocytes, Paul Burridge, un post-doctorant à Johns Hopkins a travaillé pendant près de deux ans sur onze lignées de cellules iPS différentes.

Une fois les cellules souches transformées en cellules iPS, elles ont été nourries grâce au milieu de croissance mis au point par P. Burridge afin de les transformer en cellules cardiaques. Le niveau d'oxygène a également été abaissé pour recréer les conditions de développement embryonnaire et de l'alcool polyvinyl a été ajouté afin de faciliter l'adhésion des cellules entre elles.

Résultats

Neuf jours plus tard, les 11 lignées de cellules iPS non virales étaient devenues des cellules cardiaques et étaient fonctionnelles. Pour chacune des onze lignées cellulaires testées, les cellules battaient en moyenne à 95% alors que la plupart des scientifiques obtiennent normalement 10% d'efficacité pour les lignes de cellules iPS. De plus, des experts de bio-ingénierie ont appliqué un électrocardiographe aux cellules pour évaluer le fonctionnement des cellules cardiaques, l'utilisation du calcium et la transmission d'une tension. Le rythme des impulsions et les résultats étaient normaux, très proches de ceux observés pour un coeur humain ordinaire.

Perspectives futures

Dernièrement le milieu de culture cellulaire a été amélioré en supprimant l'utilisation de sérum bovin lors d'une étape du processus car il pourrait introduire des virus indésirables. Même si le milieu de culture suscite de constantes améliorations afin d'avoisiner les 100% d'efficacité au sein des cellules cardiaques, ces résultats sont très encourageants et feront l'objet d'études cliniques dans un proche futur. De plus, le milieu de croissance utilisé est dix fois moins cher que les supports nécessaires à la méthode virale actuellement utilisée. Ces cellules cardiaques non virales pourraient alors être utilisées pour tester in vitro de nouveaux médicaments cardiaques ou des implants afin de remplacer les cardiomyocytes détruits lors d'une crise cardiaque.

La même équipe de scientifiques a récemment mis au point des techniques semblables pour la transformation de ces cellules iPS en cellules rétiniennes, nerveuses et vasculaires [4].


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