Des scientifiques du Wisconsin National Primate Research Center (WNPRC) et du Morgridge Institute for Research à l'Université du Wisconsin – Madison ont été à la pointe de la recherche sur les cellules souches et de la biologie régénérative depuis que James Thomson a isolé la première cellule souche embryonnaire humaine en 1998.
Le laboratoire de Thomson a continué de pionnier de nouvelles techniques pour faire progresser le domaine, y compris des méthodes pour générer des cellules artérielles fonctionnelles dérivées de cellules souches pluripotentes humaines – ouvrant la porte à des solutions bio-conçues pour combattre les maladies cardiovasculaires.
Dans une nouvelle étude publiée dans Cell rapporte la médecineils ont construit sur ce travail pour créer une greffe vasculaire universelle, de petit diamètre à l'aide de cellules endothéliales artérielles dérivées des cellules souches (AEC) qui pourraient faire progresser le champ de pontage vasculaire.
Bien que les greffes vasculaires synthétiques aient été utilisées avec succès dans les cliniques pour une réparation de grandes navires, les sources de navires de petit diamètre, le plus souvent utilisées pour la chirurgie coronarienne, sont limitées. Ce travail est une étape importante dans l'avancement des technologies de cellules souches pour la bio-ingénierie des greffes vasculaires pour la réparation des vaisseaux cardiaques et leur traduction clinique. «
Igor Slukvin, co-auteur principal, professeur de pathologie et de médecine de laboratoire UW – Madison au WNPRC
Actuellement, la seule option cliniquement approuvée pour la greffe de pontage vasculaire de petit diamètre consiste à prendre un vaisseau sanguin d'une autre partie du corps du patient. Cependant, cette méthode est invasive et limitée par laquelle les navires peuvent être utilisés. La greffe peut également être de mauvaise qualité si le patient a des comorbidités. Les vaisseaux sanguins tirés d'un autre donneur sont une alternative mais sont limités par les réponses immunitaires qui conduisent au rejet de la greffe.
Des essais cliniques antérieurs ont conçu des greffes vasculaires synthétiques veineuses à utiliser dans le pontage vasculaire périphérique en récoltant des cellules endothéliales veineuses spécifiques du patient avec succès.
« Les thérapies cellulaires spécifiques aux patients peuvent être prohibitives et longues. Nous voulions développer une greffe artérielle de petit diamètre » standard « qui peut être facilement utilisée en milieu clinique », a déclaré le co-auteur principal John Maufort, un scientifique associé auparavant au Thomson Lab au Morgridge Institute.
Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé une petite greffe en Eptfe, un matériau poreux fabriqué à partir du même matériau que le téflon. Une fois qu'ils ont généré des AEC dérivés des cellules souches de qualité, ils ont établi des méthodes pour les aligner sur les greffes EPTFE.
« Les avantages de l'utilisation de cellules souches pluripotentes sont la capacité de se renouveler, fournissant une source de cellules illimitée et de se différencier en tout type de cellule humaine », explique Maufort.
Cependant, les chercheurs ont été confrontés à un défi – l'EPTFE est hydrophobe et repousse l'eau, ils devaient donc trouver un moyen de modifier la surface des greffes afin que les cellules puissent se fixer.
« Nous avons été inspirés par des protéines adhésives fabriquées dans les moules, en particulier la dopamine, une composante chimique de ces protéines », a déclaré le premier auteur Jue Zhang, l'un des auteurs correspondants de l'étude et ancien scientifique associé du laboratoire Thomson qui a développé cette procédure.
Ils ont utilisé un revêtement à double couche avec de la dopamine et de la vitronectine, une autre protéine d'adhésion cellulaire, pour fixer les AEC à la surface intérieure des greffes EPTFE. Ils les ont testés contre le flux physiologique généré par une pompe et ont démontré que les cellules bio-contées sont restées uniformes et stables.
Ensuite, ils ont implanté les greffes dans les artères fémorales des macaques rhésus, un modèle de primate non humain commun utilisé pour leurs similitudes avec la biologie humaine. Le succès de toute greffe dépend de cellules exprimant le complexe majeur d'histocompatibilité (à la fois CMH de classe I et classe II) – un groupe de protéines impliquées dans la réponse immunitaire pour rejeter un corps étranger.
En utilisant ce modèle, les auteurs ont expérimenté différentes compositions de greffe – greffes EPTFE nues, greffes bordées d'AEC exprimant le CMH (type sauvage) ou des greffes bordées d'AEC sans CMH (double knockout) – pour évaluer le rejet immunitaire.
Les greffes ont été surveillées bihebdomadaires par imagerie par ultrasons pour rechercher des signes de défaillance, en particulier la sténose, l'épaississement de la paroi cellulaire ou la thrombose, un caillot sanguin dans la greffe. À la surprise des chercheurs, 50% des greffes à élimination directe du CMH ont échoué.
« Depuis le knockout des CMH de classe I et II atténue la réponse des cellules T, nous émettons l'hypothèse que les cellules tueuses naturelles pourraient jouer un rôle dans la médiation du rejet immunitaire de ces greffes », explique Zhang.
Les greffes de type sauvage du MHC, d'autre part, ont maintenu une fonction normale pendant 6 mois, plus réussie que les autres greffes. Les auteurs ont également observé que l'endothélium de greffe a été repeuplé avec les cellules hôtes, contribuant au succès à long terme. Leurs résultats suggèrent que ces greffes bio-conçues pourraient faire progresser le domaine de la chirurgie de pontage vasculaire et des possibilités ouvertes pour les essais cliniques humains.
« Il s'agit d'un projet de collaboration passionnant avec le potentiel d'être un véritable banc pour l'avancement du chevet », explique Samuel Poore, président de la Division de la chirurgie plastique à UW – Madison et co-auteur de l'étude.
Il ajoute: « Les greffes vasculaires à base de cellules souches, ont le potentiel d'élargir les indications chirurgicales, de limiter la morbidité des opérations et de donner des options de chirurgie qui n'existent actuellement pas, un impact sur les sous-spécialités telles que la chirurgie plastique et reconstructive, la chirurgie vasculaire et cardiaque. »
