Un groupe de chercheurs multidisciplinaires et multi-institutionnels a concentré son expertise en génétique, mécanique, chimie et biologie sur une puce de la taille d’un timbre-poste afin de modéliser une classe particulière de maladies cardiaques.
Dans une première dans ce domaine, une équipe dirigée par Guang Li, professeur agrégé au département de biologie cellulaire de l’École de médecine, a développé des valvules cardiaques sur des organoïdes, des versions miniatures et simplifiées d’une chambre cardiaque humaine. Ces travaux, publiés le 11 août 2026 dans la revue Cellule soucheconstitue une étape importante vers une meilleure compréhension et un meilleur traitement d’un certain nombre de troubles cardiaques graves.
Ce type de recherche dépend souvent de modèles animaux, dans lesquels les chercheurs peuvent étudier le développement de valvules cardiaques qui se développent beaucoup plus rapidement que celles des humains (qui mettent près de 10 semaines à se développer complètement) et ne soulèvent pas les mêmes dilemmes éthiques que chez les humains.
Mais, a déclaré Li, « les valvules humaines sont très différentes des valvules animales ». Imaginez les différences physiologiques et génétiques entre une personne et, par exemple, un poisson zèbre. « Pour étudier les maladies valvulaires humaines, nous avons besoin de modèles valvulaires humains. »
Cultivés à partir de cellules souches humaines adultes pluripotentes, les organoïdes offrent exactement un tel modèle. Les cellules souches peuvent être générées à partir de la peau, du sang ou d’autres cellules, puis amenées à se développer en cellules à partir d’une partie du corps intéressante. En l’occurrence, un cœur humain. Différents types d’organoïdes peuvent être combinés en « assembloïdes » pour mieux modéliser des organes complexes qui proviennent nativement de combinaisons de différents tissus.
Mais un cœur vivant et fonctionnel est bien plus qu’un amas de certains types de cellules. Son développement et son fonctionnement continu dépendent, entre autres choses, d’une interaction complexe de différentes forces. Pour intégrer des analogues de ces forces dans le modèle, Li a fait appel à l’expertise en ingénierie de collègues, notamment Lance Davidson, professeur de bio-ingénierie William Kepler Whiteford à la Swanson School of Engineering et Si-Yang Zhen, professeur de génie biomédical à l’Université Carnegie Mellon.
Ce type de projet est vraiment une marque distinctive de la communauté des chercheurs de Pittsburgh. »
Lance Davidson, professeur William Kepler Whiteford de bio-ingénierie, Swanson School of Engineering
Pour créer un modèle, Li a développé une valvule à la surface d’un assembloïde cardiaque – deux organoïdes fabriqués à partir de différents types de cellules cardiaques combinées en une seule plate-forme. L’équipe a ensuite réussi à stimuler la croissance en concevant des moyens d’imiter les forces qui agiraient sur un cœur incarné, un milieu fluide pour simuler le sang, une culture endothéliale qui simule les cellules qui tapissent les valvules cardiaques et même un ensemble de billes magnétisées qui se déplaçaient en fonction de l’emplacement d’une ceinture magnétique pour simuler la contraction musculaire.
Avec l’organoïde travaillant pour simuler un cœur avec des valvules, l’équipe disposait désormais d’un modèle qu’elle pouvait utiliser pour étudier quatre types de troubles valvulaires, y compris le prolapsus de la valvule mitrale (MVP), une maladie génétique affectant 7 à 8 millions d’individus aux États-Unis à tout moment.
Lorsque Li a introduit une mutation associée à la maladie, les valvules en développement ont montré des signes de MVP. Dans d’autres cas, les dommages ont été simulés ou introduits pour refléter les dommages qui peuvent survenir aux valvules d’une personne tout au long de sa vie dans des conditions telles que la calcification valvulaire ; cryo-blessure ; et les complications de l’hypoglycémie et du diabète.
Li a pu commencer à étudier les organoïdes, identifiant certaines voies responsables des problèmes de développement associés au MVP et les moyens de les corriger. Il a également pu développer des modèles pour les déficiences acquises et cherchera ensuite des moyens de les traiter.
Cependant, Li prévoit ensuite d’ajouter de la complexité à ses assembloïdes, en les faisant croître avec deux chambres et en faisant croître les valves à l’intérieur, plutôt qu’à la surface, afin de mieux modéliser un véritable cœur humain.
