Des chercheurs biomédicaux de la Texas A&M University ont peut-être découvert un moyen d’arrêter, voire d’inverser le déclin de la production d’énergie cellulaire – une découverte qui pourrait avoir des effets révolutionnaires dans toute la médecine.
Dr Akhilesh K. Gaharwar et Ph.D. L'étudiant John Soukar, ainsi que leurs collègues chercheurs du Département de génie biomédical, ont développé une nouvelle méthode pour donner de nouvelles mitochondries aux cellules endommagées, ramenant la production d'énergie à ses niveaux précédents et augmentant considérablement la santé cellulaire.
Le déclin mitochondrial est lié au vieillissement, aux maladies cardiaques et aux troubles neurodégénératifs. Améliorer la capacité naturelle du corps à remplacer les mitochondries usées pourrait les combattre toutes.
À mesure que les cellules humaines vieillissent ou sont blessées par des maladies dégénératives comme la maladie d'Alzheimer ou par l'exposition à des substances nocives comme les médicaments de chimiothérapie, elles commencent à perdre leur capacité à produire de l'énergie. Le coupable est une diminution du nombre de mitochondries – de petites structures ressemblant à des organes au sein des cellules, responsables de la production de la majeure partie de l’énergie utilisée par les cellules. Des cellules cérébrales aux cellules musculaires, à mesure que le nombre de mitochondries diminue, la santé des cellules diminue également, jusqu'à ce qu'elles ne puissent plus assurer leurs fonctions.
L'étude, publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciencesa utilisé une combinaison de particules microscopiques en forme de fleur – appelées nanofleurs – et de cellules souches. En présence de ces nanofleurs, les cellules souches ont produit deux fois la quantité normale de mitochondries. Lorsque ces cellules souches boostées étaient placées à proximité de cellules endommagées ou vieillissantes, elles transféraient leurs mitochondries excédentaires à leurs voisines blessées.
Avec de nouvelles mitochondries, les cellules précédemment endommagées ont retrouvé leur production d’énergie et leur fonction. Les cellules rajeunies ont montré des niveaux d’énergie restaurés et ont résisté à la mort cellulaire, même après exposition à des agents nocifs tels que des médicaments de chimiothérapie.
Nous avons entraîné des cellules saines à partager leurs batteries de rechange avec les plus faibles. En augmentant le nombre de mitochondries à l’intérieur des cellules du donneur, nous pouvons aider les cellules vieillissantes ou endommagées à retrouver leur vitalité – sans aucune modification génétique ni médicament. »
Dr Akhilesh K. Gaharwar, professeur de génie biomédical, Texas A&M University
Alors que les cellules échangent naturellement certaines mitochondries, les cellules souches boostées par les nanofleurs – surnommées biousines mitochondriales – transfèrent deux à quatre fois plus de mitochondries que celles non traitées.
« L'efficacité multipliée par plusieurs était supérieure à ce que nous aurions pu espérer », a déclaré Soukar, auteur principal de l'article. « C'est comme donner une nouvelle batterie à un vieux appareil électronique. Au lieu de les jeter, nous connectons des batteries complètement chargées de cellules saines à des cellules malades. »
Il existe d’autres méthodes pour augmenter le nombre de mitochondries dans les cellules, mais elles présentent des inconvénients importants. Les médicaments nécessitent des doses fréquentes et répétées car ils sont composés de molécules plus petites qui sont rapidement éliminées des cellules. Les nanoparticules les plus grosses (qui mesurent environ 100 nanomètres de diamètre) restent dans la cellule et continuent de favoriser davantage la création de mitochondries. Cela signifie que les thérapies créées à partir de cette technologie pourraient potentiellement nécessiter seulement une administration mensuelle.
« Il s'agit d'une étape précoce mais passionnante vers la recharge des tissus vieillissants en utilisant leur propre machinerie biologique », a déclaré Gaharwar. « Si nous pouvons renforcer en toute sécurité ce système naturel de partage du pouvoir, cela pourrait un jour contribuer à ralentir, voire inverser certains effets du vieillissement cellulaire. »
Les nanoparticules elles-mêmes sont constituées de bisulfure de molybdène, un composé inorganique capable de contenir de nombreuses formes bidimensionnelles possibles à l'échelle microscopique. Le Gaharwar Lab est l'un des rares groupes à explorer les applications biomédicales du bisulfure de molybdène.
Le potentiel thérapeutique des cellules souches constitue un foyer de recherche de pointe en matière de régénération tissulaire. Utiliser des nanofleurs pour stimuler les cellules souches pourrait être la prochaine étape pour rendre ces cellules encore meilleures dans ce qu’elles font.
L’un des principaux avantages de la méthode réside dans sa polyvalence potentielle. Bien que l’approche n’ait pas encore été pleinement explorée, elle pourrait, en principe, traiter la perte de fonction des tissus du corps.
« Vous pouvez placer les cellules n'importe où chez le patient », a déclaré Soukar. « Donc, pour la cardiomyopathie, vous pouvez traiter les cellules cardiaques directement – en plaçant les cellules souches directement dans ou à proximité du cœur. Si vous souffrez de dystrophie musculaire, vous pouvez les injecter directement dans le muscle. C'est assez prometteur en termes de pouvoir être utilisé pour une grande variété de cas, et ce n'est qu'un début. Nous pourrions travailler là-dessus pour toujours et trouver de nouvelles choses et de nouveaux traitements chaque jour. »
La recherche a reçu un financement des National Institutes of Health, de la Welch Foundation, du ministère de la Défense et du Cancer Prevention and Research Institute of Texas. Un soutien supplémentaire a été fourni par le President's Excellence Fund de la Texas A&M University et la Texas A&M Health Science Center Seedling Grant. Parmi les autres collaborateurs clés de cette étude figurent les chercheurs de Texas A&M, le Dr Irtisha Singh, le Dr Vishal Gohil et le Dr Feng Zhao.
