Des chercheurs de l’Université de Californie à Irvine ont identifié un gène exprimé lors de la régénération qui est essentiel à la réparation musculaire. Le gène clé du muscle squelettique humain a également été découvert dans un sous-ensemble de fibres musculaires capables de soutenir les cellules souches musculaires humaines après la transplantation.
Bien que le muscle squelettique soit l’un des systèmes organiques les plus régénérateurs, il existe un besoin d’améliorer la régénération pour plus de 400 troubles et blessures musculaires chroniques qui se présentent cliniquement, y compris les blessures de la coiffe des rotateurs et certains troubles musculaires comme la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) ou congénitale. dystrophie musculaire.
Michael H. Hicks, PhD, professeur adjoint au Département de physiologie et de biophysique de la Faculté de médecine de l’UCI, est l’auteur co-correspondant de l’étude, avec April D. Pyle, PhD, professeur au Département de microbiologie, d’immunologie et Génétique moléculaire à l’UCLA.
L’étude Régénérer le muscle squelettique humain forme une niche émergente in vivo pour soutenir les cellules PAX7, a été publiée en novembre dans Biologie cellulaire naturelle.
Avec notre découverte, le développement du « muscle dans un plat » se rapproche de la réalité. Nous faisons des recherches sur ce sujet depuis des années, et les implications pour le traitement des maladies, des troubles musculaires et des déchirures sont immenses. »
Michael H. Hicks, PhD, professeur adjoint, département de physiologie et biophysique de l’École de médecine de l’UCI
Lorsqu’ils sont confrontés à une blessure, nos muscles réussissent naturellement à se réparer eux-mêmes. Cependant, en cas de blessures graves et de maladies musculaires génétiques, le muscle est incapable de répondre aux exigences de régénération de nouveaux tissus. Les chercheurs affirment qu’une solution consiste à prélever les cellules d’une assiette et à reproduire la façon dont un corps humain en bonne santé répare les muscles, car les muscles nouvellement générés fabriqués en laboratoire peuvent mieux soutenir les cellules souches que le tissu musculaire épuisé.
Un trouble que le laboratoire Hicks espère traiter avec ses progéniteurs musculaires cultivés en laboratoire est la déchirure des muscles de la coiffe des rotateurs, qui touche jusqu’à 30 % des personnes de plus de 65 ans.
Les dommages aux muscles et aux tendons de la coiffe des rotateurs entraînent une perte de mobilité, une hospitalisation prolongée et une dépendance accrue à l’égard des prestataires de soins de santé. Même après la fixation chirurgicale du tendon de la coiffe des rotateurs à l’os, le muscle ne parvient souvent pas à se régénérer ou se régénère incomplètement, entraînant une diminution de sa fonction.
Hicks a également été récemment financé par l’UCI Anti-Cancer Challenge pour utiliser son approche de reconstruction musculaire après radiothérapie pour les survivants du cancer.
« Les cellules souches musculaires sont exposées à des doses importantes de rayonnement lors de la gestion radiothérapeutique du cancer », a déclaré Hicks. « L’utilisation de rayonnements ionisants peut potentiellement endommager les cellules souches musculaires et limiter la récupération de la masse musculaire après une inutilisation ou des heures supplémentaires avec l’âge. »
Les cellules souches musculaires sont soutenues dans des compartiments spécialisés anatomiquement définis, appelés niches, qui régulent leur équilibre d’auto-renouvellement et de différenciation au cours de la vie d’une personne. La capacité d’établir de nouvelles niches de cellules souches est essentielle pour les thérapies cellulaires à long terme, dans lesquelles les cellules souches musculaires transplantées doivent équilibrer la formation de nouvelles fibres musculaires et maintenir le pool de cellules souches pour répondre aux blessures futures.
Les chercheurs ont démontré que la formation de myofibres humaines régénératrices après une transplantation constitue une source clé d’émergence de niches à partir de cellules humaines transplantées, ce qui a été négligé auparavant.
« Ce sous-ensemble de fibres musculaires régénératrices a permis d’obtenir une capacité 50 fois supérieure à soutenir les cellules progénitrices musculaires transplantées », a déclaré Pyle. « Il serait intéressant de déterminer si les myofibres dans l’homéostasie ou dans des contextes pathologiques pourraient être stimulées pour rendre le muscle squelettique plus régénérateur et moins sensible à un large éventail de maladies. »
Les chercheurs ont en outre caractérisé l’interaction des cellules progénitrices musculaires transplantées avec le sous-ensemble de fibres musculaires, un gène unique appelé ACTC1, à l’aide d’une nouvelle technologie appelée séquençage spatial de l’ARN. L’équipement récemment obtenu par le pôle de recherche et de technologie UCI Genomics possède une puissante capacité à effectuer la segmentation de types de cellules directement adjacents les uns aux autres et à obtenir des informations sur l’ARN de ces types de cellules.
« Nous avons conçu une plate-forme d’analyse spatiale de grande dimension pour identifier comment les cellules progénitrices humaines transplantées et les myofibres d’une souris communiquaient », a déclaré Ben Clock, un étudiant diplômé de l’UCI également impliqué dans l’étude.
À l’avenir, l’équipe prévoit d’approfondir la fonction musculaire restaurée, notamment en évaluant la capacité des muscles humains nouvellement formés à se connecter aux motoneurones pour restaurer le contrôle moteur des cellules transplantées.
Le laboratoire Hicks de l’École de médecine de l’UCI poursuit des voies fondamentales et translationnelles comme prochaines étapes. La capacité de générer ces cellules souches musculaires en laboratoire est actuellement en cours d’examen par les États-Unis, l’Europe et le Japon. Hicks et Pyle envisagent également de créer une entreprise chargée de traduire les cellules souches musculaires pour les patients.
Dans une étude précédente de 2017, Hicks et Pyle ont fait de grands progrès pour créer et réparer des muscles squelettiques, appelés cellules progénitrices, en laboratoire grâce à l’édition génétique. Pourtant, à ce jour, la rétention de progéniteurs musculaires humains après une transplantation à partir de cellules cultivées en laboratoire s’est révélée difficile.
Les résultats de cette étude ont identifié plusieurs récepteurs clés et ligands candidats sur les cellules progénitrices musculaires qui pourraient leur permettre d’interagir avec les myofibres, mais ces candidats devront être validés avant de pouvoir être utilisés comme cibles thérapeutiques pour améliorer la régénération musculaire.
TL’étude a été financée par la Muscular Dystrophy Association, le NIH National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (NAIMS), l’UCI Institute for Clinical and Translational Science et le California Institute for Regenerative Medicine.
