Les scientifiques travaillent sur la production artificielle de sang depuis plusieurs décennies. Maintenant, des chercheurs de l'Université de Konstanz et de l'Université Queen Mary de Londres ont pris un pas important de cet objectif avec une nouvelle découverte.
Environ 15 000 unités de sang sont nécessaires quotidiennement en Allemagne, dont la plupart proviennent actuellement de dons. Des recherches sur le développement de sources alternatives, telles que la production de sang artificiel à grande échelle, sont en cours depuis des décennies, mais sont encore loin d'atteindre son utilité répandue. Le principal défi réside dans le complexe et n'est toujours pas pleinement apprécié signifie comment notre corps produit naturellement ce liquide vital.
Le docteur Julia Gutjahr, biologiste à l'Institut de biologie cellulaire et d'immunologie Thurgau à l'Université de Konstanz, étudie les mécanismes de production sanguine. Avec des collègues de l'Université Queen Mary de Londres, elle a identifié le signal moléculaire, Chemokine CXCL12, qui déclenche l'expulsion du noyau par les précurseurs des globules rouges, une étape clé dans le développement des globules rouges.
La production de sang nécessite un timing parfait
Dans le corps, la production de sang naturel a lieu dans la moelle osseuse. Les cellules souches se développent en érythroblastes, qui sont des cellules précurseurs des érythrocytes – les globules rouges.
« Dans la dernière étape du développement d'un érythroblaste en érythrocyte, l'érythroblaste expulse son noyau. Ce processus ne se produit que chez les mammifères, permettant de faire plus de place pour l'hémoglobine impliquée dans le transport de l'oxygène », explique Gutjahr.
Bien que le processus de maturation des cellules souches dans les érythrocytes soit maintenant presque optimisé, il était auparavant clair quels facteurs induisent l'expulsion du noyau. « Nous avons découvert que la chimiokine CXCL12 trouvée principalement dans la moelle osseuse peut déclencher une telle expulsion de noyau, bien que dans une interaction avec plusieurs facteurs. En ajoutant CXCL12 aux érythroblastes au bon moment, nous avons pu induire artificiellement l'expulsion de leur noyau », explique Gutjahr.
Cette constatation est une percée scientifique qui à l'avenir devrait aider à rendre la production de sang artificiel beaucoup plus efficace. Cependant, des recherches supplémentaires seront toujours nécessaires. Gutjahr a commencé ce travail en 2019 en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire du professeur Antal Rot à l'Université Queen Mary de Londres. Elle poursuit maintenant ses recherches à l'Université de Konstanz. Depuis 2023, elle a dirigé ses propres groupes de recherche à l'Institut de biologie cellulaire et d'immunologie Thurgau, où elle poursuit les études sur CXCL12.
« Nous étudions actuellement comment utiliser CXCL12 pour optimiser la production artificielle d'érythrocytes humains », explique Gutjahr.
Surtout, en dehors de l'application pratique immédiate pour la production industrielle de globules rouges, nos résultats ont apporté une compréhension complètement nouvelle des mécanismes biologiques cellulaires impliqués dans les réponses érythroblastiques aux chimiokines. Alors que toutes les autres cellules migrent lorsqu'elles sont stimulées par CXCL12, dans les érythroblastes, cette molécule de signalisation est transportée à l'intérieur de la cellule, même dans le noyau. Là, il accélère leur maturation et aide à expulser le noyau. Nos recherches montrent pour la première fois que les récepteurs des chimiokines agissent non seulement sur la surface cellulaire mais aussi à l'intérieur de la cellule, ouvrant ainsi des perspectives entièrement nouvelles sur leur rôle dans la biologie cellulaire. «
Professeur Antal Rot à l'Université Queen Mary de Londres
Production optimisée pour des applications plus larges
Les cellules souches sont actuellement la méthode la plus efficace pour produire du sang artificiel avec une expulsion nucléaire qui se déroule dans environ 80% des cellules. Cependant, les sources de cellules souches sont limitées en reposant sur l'isolement du sang de cordon ombilical ou des dons de moelle osseuse pour le traitement de maladies spécifiques, et non possibles pour la production de masse de sang pour répondre au besoin clinique.
Cependant, récemment, il est devenu possible de reprogrammer différents types de cellules dans des cellules souches et de les utiliser pour générer des globules rouges. Cette approche offre une source cellulaire presque illimitée pour la production de sang artificiel, mais prend beaucoup plus de temps, et le taux de réussite pour l'expulsion du noyau n'est que d'environ 40%. « Sur la base de nos nouvelles résultats mettant en évidence le rôle clé de CXCL12 dans le déclenchement de l'expulsion nucléaire, nous pouvons nous attendre à ce que l'utilisation de CXCL12 apporte une amélioration significative dans la production de globules rouges à partir de cellules reprogrammées », explique Gutjahr.
Si la production à grande échelle devient possible, un large éventail d'applications pourrait émerger. « Même si les cellules du corps sont facilement disponibles, le processus de production basé sur le laboratoire restera complexe. Mais cela permettrait à la génération ciblée de groupes sanguins rares, de contribuer à des pénuries ou de permettre aux individus de reproduire leur propre sang pour des traitements spécialisés dans de nombreuses maladies », explique Gutjahr.
