Les cellules souches cultivées en microgravité à bord de la Station spatiale internationale (ISS) possèdent des qualités uniques qui pourraient un jour contribuer à accélérer de nouvelles biothérapies et à guérir des maladies complexes, affirment deux chercheurs de la Mayo Clinic. L'analyse de la recherche de Fay Abdul Ghani et Abba Zubair, MD, Ph.D., publiée dans Microgravité NPJdécouvre que la microgravité peut renforcer le potentiel de régénération des cellules. Le Dr Zubair est expert en médecine de laboratoire et directeur médical du Center for Regenerative Biotherapeutics de la Mayo Clinic en Floride. Abdul Ghani est un technologue de recherche de la Mayo Clinic. La microgravité est l’apesanteur ou la gravité proche de zéro.
L’étude des cellules souches dans l’espace a permis de découvrir des mécanismes cellulaires qui autrement seraient indétectés ou inconnus en présence d’une gravité normale. Cette découverte indique une valeur scientifique plus large pour cette recherche, y compris des applications cliniques potentielles. »
Abba Zubair, MD, Ph.D., chercheur, Mayo Clinic
Le Dr Zubair a lancé des expériences sur les cellules souches depuis son laboratoire lors de trois missions différentes vers l'ISS. Son article de synthèse fournit des données sur la question scientifique : « L'espace est-il l'environnement idéal pour la croissance d'un grand nombre de cellules souches ? Une autre préoccupation majeure est de savoir si les cellules cultivées dans l’espace pourraient conserver leur force et leur fonction après un atterrissage sur Terre.
« L'objectif de presque tous les vols spatiaux au cours desquels les cellules souches sont étudiées est d'améliorer la croissance de grandes quantités de cellules souches de qualité clinique, sûres et de haute qualité, avec une différenciation cellulaire minimale », explique le Dr Zubair. « Notre espoir est d'étudier ces cellules cultivées dans l'espace pour améliorer le traitement des affections liées à l'âge telles que les accidents vasculaires cérébraux, la démence, les maladies neurodégénératives et le cancer. »
Les défis de la culture de cellules souches sur Terre
Les cellules souches adultes présentes dans la moelle osseuse et le tissu adipeux (graisse) ne se divisent pas et ne se différencient pas en cellules spécialisées. En conséquence, le nombre de cellules souches adultes chez un patient est limité. Pour obtenir suffisamment de cellules souches pour la recherche clinique ou pour l’utilisation par les patients, les cellules doivent être multipliées et développées. Il s'agit d'un processus coûteux et long, avec des résultats incohérents.
Grâce à leurs recherches sur la Station spatiale internationale, les scientifiques ont acquis une nouvelle compréhension de la façon dont les cellules se multiplient, fonctionnent et se transforment en cellules spécialisées. Plus important encore, ils ont également découvert que la microgravité favorise une meilleure croissance et un meilleur fonctionnement des cellules par rapport à celles cultivées dans un laboratoire terrestre.
« L'environnement spatial offre un avantage à la croissance des cellules souches en fournissant un état tridimensionnel plus naturel pour leur expansion, qui ressemble beaucoup à la croissance des cellules du corps humain. C'est en comparaison avec l'environnement de culture bidimensionnel disponible sur Terre. qui est moins susceptible d'imiter les tissus humains », explique le Dr Zubair.
Découvertes de cellules souches cultivées dans l'espace
La valeur immédiate de la recherche sur les cellules souches interstellaires pourrait résider dans la croissance de tissus pour la modélisation des maladies. Les cellules souches cultivées dans l’espace pourraient être utilisées pour recréer des modèles réalistes de cancer et d’autres maladies dans une boîte de Pétri. Les chercheurs peuvent ensuite utiliser ces modèles pour suivre la progression de la maladie et tester de nouveaux traitements pour l’arrêter.
Un examen complet des articles de la Mayo Clinic et d’autres centres de santé universitaires montre que la recherche spatiale a des applications bien au-delà du laboratoire. Plusieurs lignées de cellules souches cultivées en apesanteur ont montré un potentiel clinique :
- Cellules souches mésenchymateuses sont des cellules souches adultes qui sécrètent des facteurs de croissance ayant un potentiel de guérison. L'équipe du Dr Zubair a documenté que les cellules souches mésenchymateuses développées en microgravité ont de plus grandes capacités immunosuppressives que celles cultivées sur Terre.
- Cellules souches hématopoïétiques ont des capacités de régénération du sang pour combattre les infections, arrêter les saignements et transporter l’oxygène. Les cellules souches hématopoïétiques cultivées à bord de l'ISS ont montré leur capacité à se développer et à se différencier en globules rouges ou blancs qui pourraient un jour être utilisés pour prendre en charge les patients atteints de cancers du sang.
- Cellules progénitrices cardiovasculaires fournissent les éléments constitutifs des vaisseaux sanguins et du muscle cardiaque. Ils jouent un rôle crucial dans la réparation musculaire. La culture de cellules progénitrices cardiovasculaires dans l’espace pourrait un jour offrir de nouvelles options pour réparer les tissus endommagés par une crise cardiaque.
- Cellules souches neurales se trouvent dans le système nerveux central et jouent un rôle clé dans le développement, l’entretien et la réparation du cerveau. Les cellules neurales se sont développées dans un environnement sans gravité et ont maintenu leurs capacités de régénération sur Terre. Les chercheurs étudient si les cellules neurales cultivées dans l’espace pourraient offrir un traitement de remplacement pour les maladies du système nerveux central.
Les obstacles à la guérison
Malgré les promesses de la recherche sur les cellules souches extraterrestres, les chercheurs sont confrontés à de nombreux défis. Les cellules pourraient perdre leur force et leur capacité à fonctionner après une exposition prolongée à la microgravité. Au fil du temps, les rayonnements spatiaux pourraient endommager l’ADN et affecter la croissance des cellules. Une autre préoccupation est de savoir si les cellules cultivées en microgravité pourraient devenir cancéreuses. L'équipe du Dr Zubair n'a cependant trouvé aucune preuve de dommages chromosomiques susceptibles de déclencher le cancer dans les cellules souches mésenchymateuses cultivées dans l'espace.
La recherche sur les cellules souches dans le cosmos en est à ses débuts et les effets complets de la multiplication des cellules en apesanteur ne sont pas entièrement compris. Davantage de données scientifiques, de recherches et de financements sont nécessaires pour aider les chercheurs à comprendre pleinement le potentiel clinique des cellules expansées dans l'espace.
« La recherche spatiale menée jusqu'à présent n'est qu'un point de départ. Une perspective plus large sur les applications des cellules souches est possible à mesure que la recherche continue d'explorer l'utilisation de l'espace pour faire progresser la médecine régénérative », écrit le Dr Zubair.
La National Aeronautics and Space Administration et le Center for Regenerative Biotherapeutics de la Mayo Clinic ont financé cette recherche.
