Les vésicules extracellulaires (VE), de minuscules vecteurs de matériaux libérés par les cellules et qui voyagent entre les cellules, ont déjà été documentées comme d’excellents biomarqueurs de certains types de cancer mais aussi comme des agents prometteurs dans la régénération cellulaire. Les VE issues des cellules souches peuvent en particulier aider les cellules cardiaques ou cardiomiocytes à se renouveler et se rétablir après une crise cardiaque. Cette équipe de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) décrypte ce processus et confirme in vitro le potentiel des VE dans la cicatrisation cardiaque, ici sur un « cœur sur puce ». C’est à lire dans la revue Science Translational Medicine.
Les crises cardiaques, ou infarctus du myocarde, surviennent lorsque le flux sanguin vers le cœur est bloqué. La meilleure façon de traiter une crise cardiaque est de rétablir la circulation sanguine, mais ce processus peut causer davantage de dommages aux cellules du cœur. Les lésions dites d'ischémie-reperfusion (IRI) ou de réoxygénation surviennent lorsque l'apport sanguin revient aux tissus après une période de manque d'oxygène. La réponse cellulaire à l'IRI implique de multiples mécanismes, tels que la surcharge en calcium et en protons, le stress oxydatif, le dysfonctionnement mitochondrial, ce qui représente un défi pour le développement de thérapies globales et efficaces.
Les VEs apportent une protection directe au muscle cardiaque
Les vésicules extracellulaires (VE) sont ces messagers de taille nanométrique qui voyagent entre les cellules pour fournir des signaux et une cargaison. Elles se confirment avec ces travaux comme des outils prometteurs pour la prochaine génération de thérapies pour les maladies auto-immunes et neurodégénératives et les lésions tissulaires. Les scientifiques démontrent ici leur capacité non seulement à raviver les cellules après une crise cardiaque, mais aussi à maintenir les cellules en état de fonctionner sans oxygène, pendant la crise cardiaque. Parce que ces vésicules sont dérivées du tissu vasculaire, qui est bien régulé pour détecter le stress hypoxique, les chercheurs ont émis l'hypothèse que leur cargaison pourrait apporter une protection directe au muscle cardiaque.
Une démo in vivo à l'aide d'un cœur sur puce : cet échantillon de tissu cardiaque est équipé de capteurs intégrés qui suivent en continu les contractions du tissu. Cette technologie d’avant-garde permet d’étudier une maladie humaine sur une puce avec des cellules humaines puis de développer ou de tester une nouvelle approche thérapeutique, explique l’auteur principal, Kit Parker, professeur de bioingénierie et physique appliquée à la SEAS.
Les chercheurs ont cartographié l'ensemble des protéines des VEs et bien que les vésicules ne fassent que 150 nanomètres de diamètre, ils identifient près de 2.000 protéines différentes dont certaines sont déjà connues comme liées à des processus métaboliques dont la respiration, la fonction mitochondriale, la signalisation et l’homéostasie. Ce sont au demeurant, des processus liés à la réponse cardiaque au stress. Les chercheurs ont donc fait l’hypothèse que ce cocktail de molécules et de protéines pourrait aider la cellule à maintenir une homéostasie, à gérer le stress, à trouver son équilibre métabolique et finalement à réduire la lésion cardiaque.
Lorsque l’équipe teste l'effet des VEs sur les tissus cardiaques humains à l'aide du modèle de cœur sur puce, ici modèle d’infarctus du myocarde, elle constate que :
- les cardiomyocytes s'adaptent mieux aux conditions de stress et d’hypoxie, que moins de cellules meurent et que la force contractile du tissu est mieux préservée ;
- ainsi, le tissu cardiaque traité avec les VEs présente 2 fois moins de cellules mortes et conserve une force contractile 4 fois plus élevée que le tissu non traité ;
- les cardiomyocytes blessés traités avec les VEs présentent également un ensemble de protéines plus similaire aux protéines retrouvées sur des tissus non blessés ;
- les cellules traitées avec les VEs continuent même à se contracter même sans oxygène.
Ensemble, ces résultats suggèrent que les VEs peuvent protéger le tissu cardiaque des lésions de réoxygénation (ou reperfusion) en apportant aux cellules lésées les protéines et les molécules de signalisation nécessaires aux différents processus métaboliques indispensables à la survie cellulaire.
Les thérapies cellulaires exosomales apparaissent donc très prometteuses,
D’autant que les scientifiques montrent également que ces VEs peuvent être plus simplement dérivées de cellules endothéliales, qui tapissent la surface des vaisseaux sanguins et sont plus abondantes et plus faciles à extraire que les cellules souches.
Enfin, il faut également souligner le développement de cette plateforme de test sur puce, qui va permettre de tester de nouveaux traitements pour un grand nombre de maladies touchant des organes peu accessibles.
Source: Science Translational Medicine 14 Oct 2020 DOI: 10.1126/scitranslmed.aax8005 Endothelial extracellular vesicles contain protective proteins and rescue ischemia-reperfusion injury in a human heart-on-chip
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