Dans une récente étude publiée dans la revue Cellule Cellule Souchesles chercheurs ont émis l’hypothèse que l’activité de type stimulateur cardiaque des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC-CM) entraînait des arythmies de prise de greffe (EA), ce qui entrave l’utilisation clinique de la thérapie cellulaire utilisant les hPSC-CM pour le traitement de l’infarctus du myocarde (IM ).
Étude : Édition de gènes pour prévenir les arythmies ventriculaires associées à la thérapie cellulaire cardiomyocytaire. Crédit d’image : FrentaN/Shutterstock
Sommaire
Arrière-plan
Le cœur humain n’a pas de potentiel de régénération. Ainsi, lorsque du tissu cicatriciel non contractile prend la place d’un milliard de CM adultes après un épisode d’infarctus du myocarde, cela altère la fonction cardiaque, ce qui, à son tour, pourrait même entraîner une crise cardiaque ou une insuffisance cardiaque.
La découverte des hPSC a ouvert de nouvelles voies pour le traitement de l’infarctus du myocarde. Notez les hPSC-CM très purs dont la transplantation intra-myocardique forme de nouvelles greffes de myocarde dans les cœurs infarcis suite à la stimulation du nœud sino-auriculaire (SA) de l’hôte. Ceux-ci font l’objet d’investigations intensives en tant que candidats à la régénération du cœur humain après l’infarctus du myocarde. Cependant, les EA, une tachycardie ventriculaire (TV) transitoire mais soutenue, entravent l’utilisation clinique de la thérapie cellulaire à base de hPSC-CM. De plus, contrairement aux CM ventriculaires adultes (vCM), les hPSC-CM présentent une automaticité, la capacité de dépolariser spontanément et rythmiquement et de déclencher des potentiels d’action (PA).
Jusqu’à présent, les chercheurs ont utilisé des modèles d’IM subaigu de souris, de rat, de cobaye et de primate non humain (PNH) pour examiner les effets de la transplantation de hPSC-CM. Au cours de la maturation normale de ces cellules, l’automaticité reste limitée aux cellules spécialisées du système de stimulation cardiaque et, dans les modèles de petits animaux, des fréquences cardiaques élevées masquent souvent les EA. Cependant, dans de grands modèles animaux avec des fréquences cardiaques comparables à celles des humains, c’est-à-dire 70 battements par minute [bpm]la transplantation de hPSC-CM déclenche une EA en une semaine, probablement en raison du couplage électrique greffon-hôte.
La VT déclenchée par l’EA dure généralement un mois (en moyenne), portant la fréquence cardiaque des porcs et des PNH à 300 tours par minute (rpm), ce qui, dans certains cas graves, peut être mortel pour les porcs. Cependant, dans la plupart des cas, l’EA diminue progressivement à mesure que la greffe mûrit. Étant donné que les humains pourraient ne pas être en mesure de tolérer une EA rapide, il est crucial d’identifier des stratégies qui contrôlent l’EA jusqu’à ce que leur greffe atteigne la maturité.
Des études d’électrophysiologie invasive chez les PNH et les porcs ont également montré qu’une impulsion aberrante spontanée générée par la greffe (parce que les hPSC-CM présentent une durée AP plus courte en raison d’un potentiel membranaire plus dépolarisé) conduit à une EA plutôt qu’à des défauts de conduction (c’est-à-dire voies de rentrée) . Il semble être lié à un profil d’expression génique de type fœtus pour les canaux ioniques impliqués. Ainsi, la stimulation accélérée et la cardioversion en courant continu (CC) ne peuvent pas mettre fin à l’EA.
À propos de l’étude
Les auteurs avaient précédemment montré que les CM hPSC transplantés dans le cœur infarci d’un rat mûrissaient pour présenter une organisation isoforme de myofibrille de type adulte. Ce modèle imitait étroitement le milieu de maturation que les hPSC-CM connaîtraient à l’intérieur des humains, avait donc plus de pertinence clinique et physiologique. Dans ce modèle, ils ont effectué une microdissection par capture laser (LCM) suivie d’un séquençage en masse de l’acide ribonucléique (ARN-seq) pour caractériser la dynamique d’expression à l’échelle du génome des hPSC-CM au cours de in vivo maturation, qui a duré environ 12 semaines.
Extraire in vivo ont transplanté des hiPSC-CM de cœurs de rat, ils les ont transduits avec de la calmoduline fluorescente verte (GCaMP3) avant la greffe. À des fins de comparaison, ils ont analysé les hiPSC-CM cultivés à long terme in vitro jusqu’à un an. Ils ont également analysé séparément les lectures d’ARN-seq spécifiques à l’homme et au rat (ou signaux de greffe).
Ensuite, les chercheurs ont entrepris de générer des hPSC-CM avec une automatisme réduit comme les vCM adultes mais avec un comportement électrophysiologique approprié, c’est-à-dire battant en réponse à une stimulation électrique. À cette fin, ils ont utilisé la technologie CRISPR/Cas9 et ont systématiquement éliminé les gènes expressifs des canaux ioniques, seuls et en combinaison.
Les chercheurs ont caractérisé ces hPSC-CM in vitro et testé l’impact des modifications génétiques sur l’EA dans un in vivo modèle, les cœurs non blessés de mini-porcs Yucata immunodéprimés, transplantés avec 150 millions de CSEh-CM. Ils ont surveillé leur fréquence cardiaque et leur rythme avec un système d’électrocardiogramme continu (ECG), qui indiquait leur charge d’EA. En outre, ils ont déterminé la dynamique d’expression de tous les gènes des canaux ioniques après la transplantation de hPSC-CM pour établir une liste de médiateurs EA et pour concevoir leur électrophysiologie vers un phénotype de type adulte.
En outre, les chercheurs ont entrepris de comprendre les moteurs de l’automaticité dans les cardiomyocytes dérivés de cellules souches embryonnaires humaines (CSEh-CM) différenciés en modulant la voie de signalisation WNT avec de petites molécules. Pour évaluer le rôle de courants ioniques spécifiques, les chercheurs ont manipulé génétiquement des gènes candidats codant pour des canaux ioniques jouant probablement un rôle important dans l’automaticité CSEh-CM sur la base des données transcriptomiques et pharmacologiques disponibles, ce qui les a aidés à identifier le nombre minimum de modifications génétiques nécessaires pour annuler automaticité (ou EA).
Résultats
Les modifications génétiques simples, doubles et triples ont réduit le rythme cardiaque et déstabilisé le rythme du nœud SA, mais elles n’ont pas pu éliminer l’automaticité ou l’EA in vitro et in vivo, respectivement. Une quadruple édition ou knock-out simultané (KO) de quatre gènes, HCN4, CACNA1H et SLC8A1, couplée à la surexpression de KCNJ2 appelée MEDUSA, a éliminé l’automaticité des hESC-CM in vitro (dans> 10 lignées cellulaires) sans affecter la capacité de ces cellules déclencher des points d’accès lorsqu’ils sont stimulés, c’est-à-dire que les cellules étaient au repos mais excitables.
Par rapport aux témoins de type sauvage (WT) et aux autres lignées cellulaires, la transplantation de CM modifiés après quadruple gène n’a pas entraîné d’EA soutenue in vivo. En outre, les greffes de CSEh-CM MEDUSA étaient stables pendant trois mois, battaient de manière synchrone avec le myocarde de l’hôte et présentaient des VT nettement atténués. Ces modifications ont également empêché la morbidité, la mortalité et l’insuffisance cardiaque des porcs après la transplantation de hPSC-CM.
Les profils d’expression génique ont montré une maturation plus forte et plus rapide in vivo par rapport à in vitro culture, qui a pris du retard après un an en culture. L’induction d’un profil d’expression génique de canal ionique plus semblable à celui d’un adulte dans les hPSC-CM a réduit l’automaticité et, potentiellement, le fardeau de l’EA après la transplantation. Fait intéressant, les résultats de l’étude ont mis en évidence l’importance de Ca2+ traite de l’automaticité hESC-CM.
conclusion
D’autres études sont nécessaires pour tester si les CSEh-CM de MEDUSA pourraient fonctionner efficacement après la transplantation dans des cœurs de rat infarcis. C’est nécessaire parce que les chercheurs ont observé que les cellules MEDUSA n’étaient pas complètement quiescentes. Lors d’un choc thermique ou d’autres conditions de stress, ils battent parfois spontanément.
De même, les stress induits par la transplantation, tels que l’ischémie ou l’inflammation, pourraient induire une activité de battement similaire in vivo, qui pourraient régir les épisodes d’EA auto-limités observés lors de la transplantation de fortes doses de cellules MEDUSA. Néanmoins, cette étude a montré un profil favorable des CSEh-CM MEDUSA par rapport à leurs homologues WT. De plus, la combinaison de CSEh-CM moins arythmogènes avec l’ivabradine pourrait conférer des avantages supplémentaires en matière de sécurité au cours des essais cliniques.
En conclusion, ces résultats ont fourni de nouvelles informations sur les mécanismes à l’origine de l’automaticité des CSEh-CM. Cependant, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si MEDUSA hESC-CM pourrait potentiellement restaurer la fonction systolique, une avancée nécessaire pour revasculariser en toute sécurité le cœur blessé.
