En utilisant une nouvelle recette pour développer des vaisseaux sanguins à partir de tissus pulmonaires vivants en laboratoire, une équipe de recherche de l’école d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Virginie a développé un outil analytique qui pourrait conduire à un remède contre la fibrose pulmonaire idiopathique, ou FPI, une maladie pulmonaire. détruire la maladie.
La fibrose est une cicatrisation chronique des tissus qui peut toucher presque tous les systèmes du corps. Selon les National Institutes of Health, le gouvernement estime que 45 % des décès aux États-Unis peuvent être attribués à des troubles fibrotiques. Dans les poumons, la fibrose restreint la respiration, donc comprendre comment les cicatrices se produisent, et finalement comment les arrêter, sont des questions essentielles – ; notamment dans le cas de la FPI, une forme de fibrose pulmonaire sans cause connue.
À la recherche de réponses, la professeure adjointe de génie chimique Lakeshia J. Taite dirige une équipe en collaboration avec Shayn M. Peirce-Cottler et un docteur en génie biomédical. étudiante Julie Leonard-Duke dans le laboratoire de Peirce-Cottler. Peirce-Cottler est présidente de génie biomédical et professeur émérite Harrison.
Leurs travaux combinent des modèles informatiques du comportement des vaisseaux sanguins dans le poumon fibrotique développés par Leonard-Duke dans le laboratoire de Peirce-Cottler avec des expériences utilisant des hydrogels conçus dans le laboratoire de Taite. Le résultat est une nouvelle plateforme d’investigation pour étudier la formation des vaisseaux sanguins – ; un processus appelé angiogenèse.
Taite et Pierce-Cottler veulent comprendre le rôle de l’angiogenèse – ; une partie naturelle de la réparation des tissus après une blessure – ; lorsque les poumons n’arrêtent pas d’essayer de guérir, rendant les tissus souples rigides et fibreux jusqu’à ce qu’ils ne fonctionnent plus.
La recherche a été publiée dans Microcirculation, dont les éditeurs ont sélectionné un chiffre du journal pour figurer sur la couverture du numéro d’août 2023.
L’image montre une germination vasculaire à partir de tissu pulmonaire de souris planté sur un hydrogel, un biomatériau gonflé par l’eau qui ressemble à une lentille de contact souple. Le laboratoire de Taite fonctionnalise ces hydrogels avec des molécules bioactives qui imitent étroitement les signaux angiogéniques qui favorisent le développement des vaisseaux sanguins.
Pour réaliser cette fonctionnalité, l’équipe de Taite couple chimiquement des peptides spécifiques – ; chaînes d’acides aminés, les éléments constitutifs des protéines – ; avec des dérivés du polyéthylène glycol, un polymère cristallin courant dans le commerce, pour former un conjugué PEG-peptide. Les peptides sont soit achetés, soit fabriqués à l’aide d’un synthétiseur programmable.
Ce processus en plusieurs étapes produit une poudre blanche moelleuse semblable à un mélange de gélatine acheté en magasin. Dissoutes dans une solution à base d’eau et exposées à la lumière ultraviolette, les molécules se réticulent pour former un matériau mou mais solide avec lequel les cellules pulmonaires de souris plantées à la surface peuvent interagir, déclenchant ainsi la croissance de nouvelles cellules.
L’hydrogel a été adapté pour avoir des propriétés mécaniques – ; par exemple, rigidité et élasticité – ; correspondant au tissu pulmonaire sain. L’hydrogel agit comme la matrice extracellulaire native des cellules vasculaires, un mélange complexe de protéines, de glucides et de minéraux qui fournissent des signaux importants pour le développement et le maintien des tissus. »
Lakeshia J. Taite, professeur adjoint de génie chimique
L’objectif général du projet est de comprendre les signaux biomécaniques et biochimiques des vaisseaux sanguins des poumons au cours du développement et de la progression de la fibrose. L’équipe construit des systèmes de modélisation en laboratoire pour accélérer la recherche de traitements permettant d’arrêter la FPI dans son élan.
« Ce projet représente un nouveau test d’angiogenèse qui permet d’étudier la rigidité de la matrice lors de la germination microvasculaire », a déclaré Taite.
Taite a commencé la recherche juste après son arrivée à l’UVA en 2021, en utilisant ses techniques expérimentales avec les modèles informatiques de Leonard-Duke pour valider et améliorer les modèles, qui à leur tour éclairent les expériences de Taite.
« Nous intégrons les données de cet essai de germination dans nos modèles informatiques qui simulent les comportements cellulaires complexes contribuant à la fibrose pulmonaire », a déclaré Leonard-Duke. « Nous utilisons ensuite des approches d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique pour explorer de manière exhaustive les gènes et les protéines qui pourraient être des cibles pour de nouveaux médicaments. »
Anthony C. Bruce, directeur du laboratoire de génie biomédical et co-auteur de l’article, Samuel Agro, maintenant titulaire d’un doctorat en génie chimique de deuxième année, a également contribué à la recherche. étudiant dans le laboratoire de Taite, et Yixuan Yuan, qui a obtenu son baccalauréat en génie chimique au printemps 2023.
Agro et Leonard-Duke travaillent à la poursuite du projet.
