Les chercheurs ont découvert une technique de reprogrammation directe des cellules de la peau en photorécepteurs à tige de détection de lumière utilisés pour la vision. Les tiges fabriquées en laboratoire ont permis aux souris aveugles de détecter la lumière après que les cellules ont été transplantées dans les yeux des animaux. Le travail, financé par le National Eye Institute (NEI), publié le 15 avril dans La nature. Le NEI fait partie des National Institutes of Health.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont remplacé les photorécepteurs mourants dans des modèles animaux en créant des cellules souches à partir de la peau ou des cellules sanguines, programmant ces cellules souches pour devenir des photorécepteurs, qui sont ensuite transplantés à l'arrière de l'œil. Dans la nouvelle étude, les scientifiques montrent qu'il est possible de sauter l'étape intermédiaire des cellules souches et de reprogrammer directement les cellules de la peau en photorécepteurs pour la transplantation dans la rétine.
« Il s'agit de la première étude à montrer qu'une reprogrammation chimique directe peut produire des cellules de type rétinien, ce qui nous donne une stratégie nouvelle et plus rapide pour développer des thérapies pour la dégénérescence maculaire liée à l'âge et d'autres troubles rétiniens causés par la perte de photorécepteurs », a déclaré Anand Swaroop, Ph.D., chercheur principal au NEI Neurobiology, Neurodegeneration, and Repair Laboratory, qui a caractérisé les cellules photoréceptrices des bâtonnets reprogrammées par analyse de l'expression des gènes.
« La possibilité de développer rapidement des modèles de maladie nous permettra d’étudier les mécanismes de la maladie. La nouvelle stratégie nous aidera également à concevoir de meilleures approches de remplacement cellulaire », a-t-il déclaré.
Les scientifiques ont étudié les cellules souches pluripotentes induites (iPS) avec un intérêt intense au cours de la dernière décennie. Les IPSC sont développés en laboratoire à partir de cellules adultes – plutôt que de tissu fœtal – et peuvent être utilisés pour fabriquer presque n'importe quel type de cellule ou de tissu de remplacement. Mais les protocoles de reprogrammation des cellules iPS peuvent prendre six mois avant que les cellules ou les tissus ne soient prêts pour la transplantation. En revanche, la reprogrammation directe décrite dans la présente étude a amené des cellules cutanées dans des photorécepteurs fonctionnels prêts à être transplantés en seulement 10 jours. Les chercheurs ont démontré leur technique dans les yeux de souris en utilisant des cellules de peau dérivées de souris et d'humains.
« Notre technique passe directement des cellules de la peau au photorécepteur sans avoir besoin de cellules souches entre les deux », a déclaré le chercheur principal de l'étude, Sai Chavala, M.D., PDG et président de CIRC Therapeutics et du Center for Retina Innovation. Chavala est également directeur des services de rétine aux KE Eye Centers of Texas et professeur de chirurgie à la Texas Christian University et à la University of North Texas Health Science Center (UNTHSC) School of Medicine, Fort Worth.
La reprogrammation directe consiste à baigner les cellules de la peau dans un cocktail de cinq petits composés moléculaires qui, ensemble, médient chimiquement les voies moléculaires pertinentes pour le sort des cellules photoréceptrices en bâtonnets. Le résultat est des photorécepteurs à tige qui imitent les tiges natives en apparence et en fonction.
Les chercheurs ont effectué un profil d'expression génique, qui a montré que les gènes exprimés par les nouvelles cellules étaient similaires à ceux exprimés par de vrais photorécepteurs en bâtonnets. Dans le même temps, les gènes pertinents pour la fonction des cellules cutanées avaient été régulés à la baisse.
Les chercheurs ont transplanté les cellules chez des souris atteintes de dégénérescence rétinienne, puis testé leurs réflexes pupillaires, qui est une mesure de la fonction des photorécepteurs après la transplantation. Dans des conditions de faible luminosité, la constriction de la pupille dépend de la fonction du photorécepteur de la tige. Moins d'un mois après la transplantation, six des 14 animaux (43%) présentaient une constriction pupillaire robuste sous un faible éclairage par rapport à aucun des témoins non traités.
De plus, les souris traitées présentant une constriction pupillaire étaient significativement plus susceptibles de rechercher et de passer du temps dans des espaces sombres que les souris traitées sans réponse pupillaire et témoins non traités. La préférence pour les espaces sombres est un comportement qui nécessite une vision et reflète la tendance naturelle de la souris à rechercher des endroits sombres et sûrs par opposition aux endroits clairs.
« Même les souris présentant une dégénérescence rétinienne sévèrement avancée, avec peu de chances d'avoir des photorécepteurs vivants restants, ont répondu à la transplantation. Ces résultats suggèrent que les améliorations observées étaient dues aux photorécepteurs fabriqués en laboratoire plutôt qu'à un effet auxiliaire qui a soutenu la santé de l'hôte. photorécepteurs existants « , a déclaré le premier auteur de l'étude, Biraj Mahato, Ph.D., chercheur scientifique, UNTHSC.
Trois mois après la transplantation, des études d'immunofluorescence ont confirmé la survie des photorécepteurs fabriqués en laboratoire, ainsi que leurs connexions synaptiques aux neurones de la rétine interne.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser le protocole afin d'augmenter le nombre de photorécepteurs transplantés fonctionnels.
« Surtout, les chercheurs ont déterminé comment cette reprogrammation directe est médiée au niveau cellulaire. Ces informations aideront les chercheurs à appliquer la technique non seulement à la rétine, mais à de nombreux autres types de cellules », a déclaré Swaroop.
Si l'efficacité de cette conversion directe peut être améliorée, cela peut réduire considérablement le temps nécessaire pour développer un produit potentiel de thérapie cellulaire ou un modèle de maladie. «
Kapil Bharti, Ph.D., chercheur principal et chef de la section de recherche translationnelle sur les cellules oculaires et souches à NEI
La source:
NIH / National Eye Institute
Référence de la revue:
Mahato, B., et al. (2020) La reprogrammation pharmacologique des fibroblastes en photorécepteurs rétablit la vision. La nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2201-4.
