Dans cette interview, nous parlons au Dr Amy Gelmi et au professeur Leslie Yeo de leur nouvelle recherche qui utilise des ondes sonores pour transformer les cellules souches en cellules osseuses.
Sommaire
Pouvez-vous vous présenter et nous dire ce qui a inspiré vos dernières recherches sur les cellules osseuses ?
La Dre Amy Gelmi explore de nouvelles approches d’ingénierie tissulaire adaptée au patient à l’aide de cellules souches. Les recherches du professeur Leslie Yeo appliquent la microfluidique acoustique et électrocinétique à des applications d’ingénierie et biologiques. Cette recherche passionnante est le résultat d’une collaboration combinant le dispositif de génération d’ondes acoustiques du professeur Yeo et l’intérêt du Dr Gelmi pour l’utilisation de la stimulation externe pour contrôler le destin des cellules souches adultes.
L’ingénierie tissulaire est un domaine qui a connu de grands progrès ces dernières années, mais il reste encore des défis à relever. Quels sont certains des plus grands défis actuellement rencontrés dans la régénération des os ?
Il est difficile de générer du nouveau tissu osseux dans un volume suffisamment important pour remplacer des choses comme une tumeur excisée. De plus, il y a toujours le risque que le système immunitaire rejette un implant ou un nouveau tissu. L’intégration du nouveau tissu ou de l’implant à l’os existant est également un défi.
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Actuellement, les processus expérimentaux utilisés pour faire repousser les os ont eu du mal avec la production de masse et son adoption en milieu clinique. Quelles sont certaines des limites observées dans les processus actuels ?
Le nombre de cellules souches nécessaires pour se développer en un volume osseux utile est très élevé. La récolte et la croissance des cellules souches dans les os prennent beaucoup de temps. Des techniques plus efficaces consistent généralement à placer les cellules dans des échafaudages ou des structures de soutien, afin qu’elles puissent se développer à l’intérieur et autour pour créer de nouveaux tissus. Cependant, cela peut ne pas toujours être un bon match pour l’os natif.
Dans vos dernières recherches, vous avez utilisé des ondes sonores pour transformer rapidement et efficacement des cellules souches en cellules osseuses. Pouvez-vous décrire comment vous avez mené cette recherche ?
Dans cette étude, nous avons couplé un dispositif « à ondes acoustiques de surface » à nos boîtes de culture cellulaire. L’appareil est bon marché et facile à fabriquer et envoie des ondes sonores à haute fréquence (bien au-delà du niveau d’audition humaine !) Qui se déplacent à travers les cellules souches. Comme les cellules souches peuvent se transformer en plusieurs types de cellules, si nous voulons qu’elles se transforment en cellules osseuses, nous devons les «convaincre» de se transformer spécifiquement en os.
Nous avons cherché à voir à quelle vitesse les cellules souches commençaient à montrer des signes de devenir des cellules osseuses et avons découvert qu’elles prenaient leur décision beaucoup plus tôt que les méthodes « conventionnelles » (alimenter les cellules souches avec des produits biochimiques spécifiques). Ils ont également montré une réponse «plus forte» lors de la transformation en cellules osseuses par rapport aux méthodes conventionnelles.
Nous avons examiné la réponse des cellules souches pour voir si nous pouvions comprendre pourquoi cela se produisait et nous avons découvert que les cellules souches « ressentaient » la pression créée par les ondes sonores à haute fréquence. Cette pression est ce qui a déclenché la transformation des cellules souches en cellules osseuses.
Votre traitement a également été efficace sur plusieurs types de cellules, y compris les cellules souches dérivées de graisse. Pourquoi avez-vous choisi de tester ce traitement sur différents types de cellules ?
Vous pouvez en fait trouver ces cellules souches dans plusieurs parties différentes du corps – la moelle osseuse, la graisse, même dans vos dents.
En appliquant notre traitement à des cellules souches de différentes sources, nous avons démontré que dans les applications futures, les patients ne seront pas limités à fournir uniquement de la moelle osseuse, par exemple, pour ce type d’ingénierie tissulaire. De plus, la liposuccion pour extraire les cellules souches à base de graisse peut être moins invasive et moins douloureuse par rapport à une extraction de moelle osseuse.
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La technique que vous avez développée aiderait des millions de personnes qui ont perdu des os à cause d’un cancer ou d’une maladie dégénérative. Qu’est-ce que cela signifierait pour ces patients?
Nous espérons que cette découverte pourra conduire à d’autres développements et améliorations dans le domaine de l’ingénierie tissulaire spécifique au patient ; Imaginez pouvoir faire pousser du tissu osseux personnalisé selon les besoins des patients, en utilisant leurs propres cellules souches afin d’éviter une réponse du système immunitaire lors de la réintégration du nouveau tissu. Il n’y aurait pas de liste d’attente pour les tissus donnés ou de problèmes de rejet après la réintégration.
Quelles autres recherches doivent être menées avant que cette technique puisse être utilisée en milieu clinique ? Espérez-vous qu’avec les progrès continus de l’ingénierie tissulaire, nous verrons un jour cette technique utilisée pour aider les patients à repousser les os ?
Nous devons approfondir nos recherches sur le tissu osseux mature que ces cellules souches produisent une fois traitées, en passant potentiellement à des modèles animaux pour prouver que cette méthode produit de l’os fonctionnel. Nous espérons également utiliser une plus grande variété de cellules souches dérivées de patients, en particulier en utilisant des cellules souches de donneurs « plus anciennes » pour observer dans quelle mesure ce traitement fonctionne sur des sources de cellules souches âgées, car il s’agirait potentiellement d’un groupe démographique important auquel ce traitement pourrait s’appliquer. .
Y a-t-il d’autres applications pour lesquelles votre appareil générateur d’ondes sonores pourrait être utilisé ?
Nous avons utilisé les dispositifs à ondes sonores pour manipuler des liquides et des biomolécules à l’échelle du micron et du nanomètre afin de développer des dispositifs microfluidiques pour le diagnostic au point de service et l’administration et la vaccination de médicaments inhalés. Un exemple est une plate-forme de nébulisation portable de nouvelle génération pour l’administration pulmonaire de produits biologiques (ADN, ARNi, peptides, protéines) et de cellules souches.
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Quelles sont les prochaines étapes pour vous et vos recherches sur la réparation osseuse ?
Nos prochaines étapes consistent à utiliser notre traitement pour «conditionner» les cellules souches avant de les intégrer dans un implant de soutien ou un échafaudage; par exemple, charger les cellules souches traitées dans une « bio-encre », puis imprimer en 3D une structure pour que les cellules souches se développent dans le tissu osseux.
Comme notre technique « prépare » les cellules souches à se transformer en os, nous devons profiter de la fenêtre d’opportunité pour placer les cellules souches dans le meilleur environnement possible avant qu’elles ne commencent à former de l’os.
À propos du Dr Amy Gelmi
Le Dr Amy Gelmi est chargée de recherche du vice-chancelier à l’Université RMIT, où elle a créé son groupe de recherche pour se concentrer sur l’utilisation de la stimulation externe pour contrôler le destin des cellules souches.
Le Dr Gelmi est actuellement chercheur en chef principal sur un projet de découverte ARC pour la stimulation des cellules souches pour l’ingénierie tissulaire. Le Dr Gelmi a obtenu son doctorat. de l’Université de Wollongong, et avant de rejoindre le RMIT, le Dr Gelmi était titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie à l’Imperial College de Londres.
À propos du professeur Leslie Yeo
Leslie Yeo est professeur émérite de génie chimique au RMIT. Suite à un doctorat. de l’Imperial College de Londres en 2002 et un séjour postdoctoral à l’Université de Notre Dame aux États-Unis, il a occupé des postes de professeur à l’Université Monash et au RMIT où il a été titulaire de l’Australian Research Council’s Australian Research Fellowship and Future Fellowship de 2009 à 2017.
Leslie est co-auteur du livre Electrokinetically Driven Microfluidics & Nanofluidics, auteur de plus de 250 publications et 25 demandes de brevet, rédacteur en chef de Biomicrofluidics et rédacteur associé de Frontiers in Bioengineering & Biotechnology. Les intérêts de recherche de Leslie se concentrent principalement sur l’acoustique à haute fréquence pour diverses applications dans la microfluidique, l’administration de médicaments et la nanomédecine, la synthèse de nanomatériaux et la mécanobiologie.
