En médecine régénérative, un traitement idéal pour les patients dont les muscles sont endommagés par le manque d'oxygène serait de les revigorer avec une injection de leurs propres cellules souches.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue ACS Nano, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont démontré que les « nanostimulateurs » – des nanoparticules ensemencées avec une molécule que le corps produit naturellement pour inciter les cellules souches à guérir les blessures – peuvent amplifier les pouvoirs régénératifs des cellules souches dans un membre ciblé chez la souris.
Nous voulions utiliser les fonctions naturelles des cellules souches et les facteurs stimulants pour lutter localement contre l'ischémie musculaire. »
Hyunjoon Kong, responsable de l'étude, professeur Robert W. Schafer de génie chimique et biomoléculaire à l'Illinois
L'ischémie musculaire, ou les dommages musculaires dus à un apport limité d'oxygène ou de sang, peuvent résulter de plusieurs causes, telles qu'une blessure à un membre ou une maladie artérielle périphérique. Les cellules souches dérivées du tissu adipeux d'un patient sont connues pour produire des facteurs qui poussent de nouveaux vaisseaux sanguins à se développer dans le muscle endommagé, à restaurer l'oxygène et les nutriments, et à moduler l'inflammation dans les tissus endommagés. Cependant, les expériences in vivo ont montré des avantages limités, car l'activité des cellules souches semble diminuer après l'injection dans le muscle.
Une molécule produite naturellement dans l'organisme, appelée facteur de nécrose tumorale alpha, peut inciter les cellules souches à sécréter davantage de facteurs souhaités. D'autres études ont tenté d'incuber les cellules avec du TNF-alpha avant l'injection, mais les effets s'estompent rapidement, a déclaré Kong.
L'équipe de l'Illinois a décidé d'essayer de lier le TNF-alpha directement aux cellules souches, créant des nanostimulateurs – des nanoparticules liées au TNF-alpha. Les nanoparticules se lient à un récepteur à la surface des cellules souches, fournissant une distribution localisée, ciblée et prolongée de TNF-alpha.
« Le principal avantage des cellules souches pour la régénération tissulaire n'est pas nécessairement la capacité des cellules à remplacer les tissus perdus, mais à libérer des facteurs de croissance bénéfiques et des cytokines qui contribuent au processus », a déclaré Marni Boppart, co-auteur de l'étude, professeur de kinésiologie. et la santé communautaire. « Les nanostimulateurs permettent aux cellules de libérer les facteurs bénéfiques plus longtemps qu'elles ne le feraient autrement. Cela offre un avantage significatif, en particulier lorsque les cellules sont transplantées dans des tissus blessés, malades ou vieillis. »
Les chercheurs ont testé leur approche sur des souris présentant une ischémie induite chirurgicalement dans l'une de leurs pattes arrière. Ils ont isolé les cellules souches du tissu adipeux, les ont mélangées avec les nanostimulateurs et les ont injectées localement dans les pattes affectées des souris.
Les chercheurs ont constaté une augmentation du débit sanguin et des niveaux d'oxygène dans les jambes ischémiques. Ils ont également constaté une amélioration de la mobilité – les souris traitées pouvaient parcourir de plus longues distances et leurs jambes étaient plus fortes.
« Nous proposons que cette méthode soit meilleure que les méthodes qui nécessitent un préconditionnement chimique, qui peuvent affecter la viabilité des cellules souches, prendre 24 heures ou plus de culture et avoir des effets à durée limitée », a déclaré Kong. « Notre idée est de collecter le tissu adipeux dans la salle d'opération, de séparer les cellules souches, de mélanger les nanostimulateurs et de les réinjecter au patient – le tout en une seule procédure. »
Les chercheurs avertissent que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour optimiser les conditions de récolte et de préparation des cellules souches, et pour étudier les effets à plus long terme.
« La maladie des artères périphériques peut provoquer une douleur débilitante et une invalidité à long terme. Malheureusement, il n'existe aucun traitement efficace et constant pour cette condition », a déclaré Boppart. « Cette étude est importante car elle démontre la capacité des cellules souches modifiées à traiter efficacement la PAD dans un modèle préclinique, ce qui représente un pas de plus vers le soulagement de la douleur chez l'homme. »
La source:
Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
Référence de la revue:
Leong, J., et al. (2020) Surface Tethering of Inflammation-Modulator Nanostimulators to Stem Cells for Ischemic Muscle Repair. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.9b04926.