L’« horloge » interne humaine responsable de la régulation des cycles du sommeil et de nombreuses autres fonctions biologiques sera explorée comme un outil pour optimiser la régénération des tissus dans le cadre d’une subvention de 1,91 million de dollars que Cathal Kearney, ingénieur biomédical et professeur adjoint de l’Université du Massachusetts à Amherst, a reçue du National Institutes of Health’s (NIH) Institut national des sciences médicales générales (NIGMS).
Les rythmes circadiens font référence à l’horloge interne de l’organisme sur 24 heures qui régule le cycle veille-sommeil mais également de nombreuses autres fonctions biologiques importantes telles que la pression artérielle et la température corporelle. Malgré son omniprésence, à ce jour très peu d’études sur la réparation tissulaire – ; et aucun qu’il a identifié dans l’ingénierie tissulaire – ; ont pris en compte l’horloge centrale du corps, explique Kearney, qui fait de la recherche en génie tissulaire depuis qu’il est titulaire d’un doctorat. étudiant.
Actuellement en génie tissulaire, les cellules individuelles d’une culture contiendront chacune un rythme circadien, mais sans une manipulation et une signalisation soigneuses, elles se désynchroniseront rapidement avec les autres cellules de la culture. Cela élimine les processus rythmiques qui se produiraient dans le corps. Des études ont montré que les patients dont les rythmes sont perturbés (généralement causés par des facteurs de stress environnementaux, comme le travail posté et des maladies telles que le diabète ou l’obésité) ont également une mauvaise réparation des tissus. Ils ont également découvert que la perturbation du rythme circadien a un impact significatif sur la cicatrisation : les plaies cutanées faites la nuit prennent 60 % plus de temps à cicatriser que celles qui se produisent pendant la journée.
Si vous regardez presque tous les défis médicaux que nous avons, il y a une composante du rythme circadien. Le fait qu’il s’agisse d’une pièce si importante du corps et que nous n’en tenions pas compte dans les études d’ingénierie tissulaire est une énorme lacune qui doit être comblée. »
Cathal Kearney, ingénieur biomédical et professeur adjoint, Université du Massachusetts Amherst
La relation critique entre le rythme circadien et l’administration de médicaments thérapeutiques nécessite également une étude plus approfondie. Ceci peut être réalisé en s’assurant que les tissus modifiés en laboratoire qui sont utilisés pour dépister les médicaments candidats ont un rythme circadien.
« Vous avez des sociétés pharmaceutiques qui déplacent et ne déplacent pas de médicaments le long de leur pipeline sur la base d’un système qui n’a pas de rythme circadien », dit-il. « Mais il existe de nombreuses preuves provenant de médicaments actuellement approuvés qu’ils doivent être pris à un certain moment de la journée. »
Ne pas tenir compte de ce lien pourrait avoir pour conséquence que des médicaments prometteurs en cours de développement soient jugés inefficaces alors qu’ils pourraient bien fonctionner s’ils sont administrés à un moment précis de la journée, a-t-il ajouté.
Dans le cadre de la subvention de cinq ans du NIH, Kearney et son équipe de l’Institut interdisciplinaire des sciences de la vie appliquées mèneront des études avec des modèles animaux en laboratoire en perturbant les rythmes circadiens dans un groupe sélectionné et en comparant la régénération des tissus entre ceux dont les cycles sont perturbés et ceux qui n’en ont pas.
« Cela devrait nous laisser avec la conclusion que les rythmes circadiens sont importants pour l’ingénierie tissulaire », dit-il. « Sur la base de nos données préliminaires et des preuves actuelles, nous espérons vraiment que ce sera le cas. »
La prochaine étape consistera à développer des dispositifs d’administration de médicaments et des dispositifs d’ingénierie tissulaire qui rétabliront les rythmes circadiens de manière ciblée. Cela permettra ensuite des études évaluant l’importance de l’administration chronométrée des médicaments.
Kearney collabore à la recherche avec le professeur adjoint de génie mécanique et industriel Meghan Huber, qui conçoit le système robotique du projet pour contrôler les rythmes circadiens dans les tissus modifiés en dehors du laboratoire ; S. Thai Thayumanavan, chef de département de génie biomédical et professeur émérite de chimie, qui co-développe certaines des méthodes d’administration de médicaments ; et Ilia Karatsoreos, professeure agrégée de sciences psychologiques et cérébrales, experte en rythme circadien qui aidera également à étudier les technologies dans des modèles in vivo pertinents.
