INGÉNIERIE TISSULAIRE : Construire un cœur humain à partir de rien
C’est une avancée majeure dans la biofabrication d'organes, précisément dans la fabrication d'un cœur humain entier pour la greffe cardiaque, avec la reproduction, à partir de zéro de la structure hélicoïdale des muscles cardiaques. Cette prouesse vient d’être documentée dans la prestigieuse revue Science : les bioingénieurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Boston) décrivent le premier modèle de ventricule humain avec des cellules cardiaques battantes, alignées en hélice, et montrent que cet alignement musculaire augmente la quantité sang que le ventricule peut pomper à chaque contraction.
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Pour construire un cœur humain à partir de zéro, les chercheurs doivent reproduire les structures uniques qui le composent. Cela comprend la reconstitution de structures hélicoïdales, qui induisent un mouvement de torsion lorsque le cœur bat. Une théorie de longue date est que ce mouvement de torsion est essentiel pour pomper le sang à volumes élevés, mais jusqu’à ces travaux, cette hypothèse n’avait pas pu être validée.
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Ainsi, au-delà de l’étape franchie dans l’ingénierie cardiaque, ces travaux améliorent la compréhension de la façon dont le cœur bat. Et l’étude confirme que cet alignement musculaire et ce mouvement de torsion augmentent considérablement la quantité sang que le ventricule peut pomper à chaque contraction.
Une avancée majeure dans la biofabrication d'organes
Cette avancée a été rendue possible grâce à une nouvelle technique de fabrication textile qui permet la production de fibres alignées en hélice. Ces fibres guident l'alignement cellulaire, permettant la formation de structures d'ingénierie tissulaire contrôlées.
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L’objectif ultime est de « construire » un cœur humain pour la greffe, explique l’un des auteurs principaux, le Dr Parker : « Notre objectif était de construire un modèle nous permettant de tester l'hypothèse de la structure hélicoïdale du cœur (…) Nous montrons que le cœur humain possède en fait plusieurs couches de muscles alignés en hélice avec différents angles d'alignement et nous sommes aujourd’hui capables de recréer ces structures complexes de manière très précise, en forme de ventricule à une ou même 4 chambres ».
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La nouvelle technologie travaille au micron près. Contrairement à l'impression 3D, qui ralentit à mesure que les caractéristiques deviennent plus petites, cette nouvelle technologie à base de fibres peut permettre de reconstituer ces structures à l'échelle d'un micron - soit environ 50 fois plus petites qu'un cheveu humain. Ceci est important lorsqu'il s'agit de construire un cœur à partir de zéro :  le collagène, par exemple, une protéine de la matrice extracellulaire du cœur, mesure également un micron de diamètre. Il faudrait plus de 100 ans pour imprimer en 3D chaque morceau de collagène dans le cœur humain à cette résolution.
La nouvelle technologie rend cela possible en une seule journée.
Une fois reproduits, les ventricules sont ensemencés avec des cardiomyocytes dérivés de cellules souches humaines. En une semaine environ, plusieurs fines couches de tissu « palpitant » recouvrent cet échafaudage, les cellules suivant l'alignement des fibres en dessous. Les ventricules battants reproduisent alors le mouvement de torsion naturel du cœur humain.
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L'équipe suggère que le processus pourrait être étendu à la taille d'un cœur humain réel.
Source: Science 8 July, 2022 DOI: 10.1126/science.abl6395 Recreating the heart’s helical structure-function relationship with focused rotary jet spinning
Cette actualité a été publiée le 16/07/2022 par
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