Des chercheurs des National Institutes of Health (NIH) ont mis au point un cocktail de petites molécules en quatre parties qui peut protéger les cellules souches appelées cellules souches pluripotentes induites (iPSC) du stress et maintenir la structure et la fonction normales des cellules souches.
Les chercheurs suggèrent que le cocktail pourrait améliorer les utilisations thérapeutiques potentielles des cellules souches, allant du traitement de maladies et d’affections – telles que le diabète, la maladie de Parkinson et les lésions de la moelle épinière – à l’édition du génome.
Les cellules souches pluripotentes humaines sont des cellules qui, en théorie, peuvent se développer pour toujours et servir de source inépuisable pour des cellules spécialisées, telles que les cellules cérébrales, rénales et cardiaques. Mais les cellules souches sont sensibles et leurs utilisations potentielles en médecine sont entravées par le stress de la culture dans une boîte de culture cellulaire, ce qui peut endommager leur ADN et entraîner la mort cellulaire.
Dans une série d’expériences, des scientifiques dirigés par Ilyas Singeç, MD, Ph.D., directeur du laboratoire de traduction de cellules souches du National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS) du NIH, ont utilisé un criblage à haut débit pour tester systématiquement des milliers de composés et médicaments pour identifier une combinaison unique qui a considérablement amélioré la survie des cellules souches et réduit le stress de la culture cellulaire.
Singeç et ses co-chercheurs ont décrit comment ils ont développé le cocktail, appelé CEPT, et ses applications potentielles le 3 mai à Méthodes de la nature.
Le cocktail de petites molécules protège les cellules et rend l’utilisation des cellules souches plus prévisible et efficace. En empêchant le stress cellulaire et les dommages à l’ADN qui se produisent généralement, nous évitons la mort cellulaire et améliorons la qualité des cellules survivantes. Le cocktail deviendra un aliment de base largement utilisé dans le domaine des cellules souches et stimulera les applications des cellules souches à la fois en recherche et en clinique. «
Ilyas Singeç, MD, Ph.D., Directeur, Laboratoire de traduction de cellules souches, Centre national pour l’avancement des sciences translationnelles du NIH (NCATS)
Les iPSC sont dérivés de la peau ou des cellules sanguines reprogrammées. Pour améliorer leur survie en culture, Singeç et son équipe ont initialement testé plus de 15 000 médicaments approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis et des composés expérimentaux à petites molécules provenant des collections du NCATS.
Parmi les 20 médicaments et composés susceptibles d’inhiber l’activité de ROCK, un type d’enzyme kinase impliquée dans le stress des cellules souches, ils ont découvert que le composé Chroman 1 était plus puissant que le composé Y 27632 largement utilisé pour améliorer la survie cellulaire.
Pour améliorer encore la survie des cellules, Singeç et ses collègues ont utilisé les capacités de criblage matriciel de médicaments du NCATS pour rechercher des synergies potentielles entre Chroman 1 et d’autres médicaments et composés. Le criblage matriciel de médicaments permet aux chercheurs d’étudier les effets des combinaisons de médicaments et de déterminer les mécanismes possibles par lesquels ces médicaments agissent.
Les chercheurs ont identifié un médicament expérimental, Emricasan, qui, lorsqu’il est combiné avec Chroman 1, pourrait fournir un soutien supplémentaire pour améliorer la viabilité des cellules souches.
Selon Singeç, un effort important en biologie des cellules souches est un processus expérimental appelé clonage monocellulaire. Bien que la culture de cellules souches en grands groupes soit plus facile, le clonage monocellulaire – la culture d’une cellule à la fois dans un petit puits d’une plaque de culture cellulaire – est très stressant pour les cellules et inefficace. Le processus a des applications critiques dans l’édition de gènes et l’établissement de lignées cellulaires, qui sont des cultures cellulaires développées à partir d’une seule cellule.
Dans son travail de criblage initial, l’équipe a testé les effets protecteurs de médicaments et de composés sur 500 cellules souches à la fois dans des puits de plaques. Pour imiter le stress cellulaire observé lors du clonage monocellulaire, les chercheurs ont ensuite développé un nouveau test (test) pour leur permettre d’examiner les effets de plus de 7500 composés sur seulement 10 cellules à la fois.
Ces tests ont conduit à l’identification d’un troisième composé, trans-ISRIB, qui améliorait la survie des cellules, même lorsqu’il y avait peu de cellules dans chaque plaque. Des expériences supplémentaires ont montré qu’un mélange de composés appelés polyamines – en combinaison avec Chroman 1, Emricasan et trans-ISRIB – s’est avéré le meilleur pour le clonage unicellulaire.
«Les cellules doivent être cultivées correctement, et elles doivent être de bonne qualité pour aller chez les patients», a déclaré Joni Rutter, Ph.D., directeur par intérim du NCATS. « En trouvant de nouvelles façons de protéger les cellules souches contre les dommages, ces résultats pourraient éventuellement avoir des implications de grande envergure pour de nombreuses maladies différentes, y compris le cancer, la maladie d’Alzheimer et plus encore. »
L’équipe a mené une série d’expériences pour tester l’utilité du cocktail. Les chercheurs ont montré, par exemple, que la CEPT améliorait la biobanque des cellules souches, appelée cryoconservation, qui implique la congélation des cellules et est généralement très stressante pour elles.
La cryoconservation est essentielle pour amener les cellules souches à la clinique, mais un nombre important de cellules sont perdues ou endommagées pendant le processus de décongélation. Le cocktail a considérablement amélioré le processus.
Dans un autre test, les chercheurs ont étudié l’utilisation du cocktail sur des iPSC déjà différenciés en cellules cardiaques, motoneurones et autres types de cellules.
Ils ont constaté que ces cellules plus différenciées traitées avec CEPT étaient également plus viables et présentaient une fonction améliorée. Singeç a également noté les utilisations potentielles du cocktail dans l’ingénierie tissulaire et la bioproduction de divers types de cellules pour la médecine régénérative et le développement de médicaments.
« Au cours des 20 dernières années, nous n’avons pas été en mesure de cultiver des cellules souches humaines dans les conditions les plus optimales », a déclaré Singeç. «Notre approche pourrait améliorer la sécurité et garantir que les lignées de cellules souches de la prochaine génération sont cultivées avec une qualité élevée avant d’être transférées à la clinique.
La source:
NIH / Centre national pour l’avancement des sciences translationnelles (NCATS)