Créer de nouveaux vaisseaux sanguins avec des algues comestibles

Image obtenue par microscopie à fluorescence des vaisseaux sanguins formés après injection intramusculaire d'un hydrogel dérivé d'algues marines. Vert: vaisseaux sanguins, bleu: noyaux cellulaires. Aurelien Forget, Roberto Gianni-Barrera, Andrea Banfi, Prasad Shastri, Author provided

Lorsque nous avons de petites blessures sur la peau ou les muscles, elles peuvent généralement guérir d’elles-mêmes. Mais pour les plaies plus profondes, comme celles qui surviennent chez les patients diabétiques ou qui touchent le tissu musculaire après une crise cardiaque, la réparation est plus difficile. Ce genre de problème nécessite souvent des traitements plus importants et peut éventuellement nécessiter une amputation ou une transplantation si la guérison n’est pas complète.

Bien que les greffes d’organes sauvent des vies, nous n’avons pas assez d’organes disponibles pour soigner tous les patients, et nous devons trouver d’autres méthodes.

Des technologies telles que la bio-impression ont été proposées pour construire à l’extérieur du corps des organes entièrement opérationnels. Mais si nous pouvions améliorer nos propres capacités de régénération, que se passerait-il ? Serait-il possible de générer des organes à l’intérieur du corps ?

Dans une récente publication, nous avons démontré qu’avec la simple injection d’un gel extrait d’algues comestibles, nous pouvons diriger l’organisme à créer des vaisseaux sanguins stables dans un muscle. Ces vaisseaux sont la clé pour aider les tissus à vivre.

Ces résultats constituent une étape importante vers des thérapies régénératives basées uniquement sur les biomatériaux.

Que sont les thérapies régénératives ?

La thérapie régénérative (aussi appelée médecine régénérative) est un domaine de recherche qui combine la médecine, la biologie moléculaire et la biotechnologie. Il a pour but de créer des tissus ou des organes pour rétablir le fonctionnement normal du corps.

À titre d’exemple la bio-impression 3D a eu quelques réussites, comme la création de cornées artificielles transplantables pour l’œil. Mais cette approche nécessite des installations spéciales pour la fabrication d’organes. Les cellules doivent être isolées, cultivées dans un bioréacteur (un récipient spécial offrant un environnement propice à la croissance des tissus) et elles sont ensuite utilisées pour créer des organes artificiels dans des conditions contrôlées et stériles.

Procédé de biofabrication d’organes spécifiques de patients. Steffen Harr

Se servir du corps comme d’usine de fabrication

Une nouvelle approche est apparue il y a quelques années. Il s’agit du bioréacteur in vivo (dans le corps), qui utilise le corps pour produire de nouveaux tissus ou cellules. Ceci a été initialement développé pour fabriquer des os. Pour créer des tissus dans le corps humain, nous devons déclencher et exploiter nos propres capacités de régénération. Malheureusement, nous ne sommes pas aussi bons que les salamandres : nous ne pouvons pas faire repousser un nouveau membre.

Mais avec un peu d’aide, nous pourrions régénérer certains tissus. Pour ce faire, l’aide peut se présenter sous la forme de matériaux qui :

  • reproduisent les propriétés tissulaires nécessaires, telles que la rigidité des tissus ;

  • transportent des signaux chimiques et biologiques qui peuvent diriger la croissance des tissus.

Un tissu est défini comme un groupe de cellules travaillant ensemble pour une fonction spécifique. Par exemple, les tissus musculaires sont constitués de cellules organisées en fibres, formant ce qu’on appelle les fibres musculaires.

Des matériaux qui peuvent parler avec les cellules

Les tissus de notre corps sont constitués de nombreux types de cellules différentes, ainsi que de matériaux qui sont présents à l’extérieur des cellules. Ces matériaux forment la matrice extracellulaire (MEC). La MEC se compose de plusieurs éléments différents. Elle retient l’eau et renferme également les informations vitales qui aident les cellules à se déplacer, à croître et à s’organiser en tissus fonctionnels.

Nous n’avons pas besoin de rentrer dans les détails de ce dont la MEC est faite ici. Mais ce que nous pouvons dire, c’est que les scientifiques peuvent copier plusieurs de ses fonctions en utilisant un matériau appelé hydrogel. Celui-ci peut être modifié pour transmettre des informations biologiques spécifiques aux cellules.

Algues comestibles pour créer des vaisseaux sanguins

Nous avons développé une nouvelle classe d’hydrogel injectable. Pour fabriquer l’hydrogel, on utilise l’agarose, qui est également utilisé en cuisine pour fabriquer des gâteaux à la gelée, et dans les laboratoires de biologie pour séparer l’ADN. L’agarose est un polysaccharide, une molécule formée par une longue chaîne de sucre, qui est extraite d’algues rouges présentes dans de nombreux océans à travers le monde.

Poudre d’agarose utilisée en laboratoire pour la séparation de l’ADN et de l’agar pour la fabrication de gâteaux à la gelée. Aurelien Forget

Dans notre laboratoire, nous pouvons modifier l’agarose en fixant une petite molécule (un peptide) qui pourra dialoguer avec les cellules. Grâce à cette approche, nous avons créé une formulation unique d’hydrogel qui fournit l’environnement idéal pour que certaines cellules s’organisent en vaisseaux sanguins. Avec nos collaborateurs de l’Hôpital Universitaire de Bâle nous avons montré que ce même hydrogel injecté dans le muscle peut parler au corps et initier la formation de nouveaux vaisseaux sanguins. Auparavant, seul le cartilage ou l’os pouvait être régénéré dans le corps de cette manière.

Formation de nouveaux vaisseaux sanguins induite par une substance thérapeutique injectable. Steffen Harr

Thérapies de la future

Cette approche ouvre la voie à la création d’une nouvelle classe de thérapies dans lesquelles le matériel injecté (hydrogel) pourrait devenir aussi utile que les médicaments pharmaceutiques. Nous envisageons que, dans certains cas, un patient atteint d’une défaillance d’un organe puisse un jour recevoir l’injection d’un matériel qui contiendra des informations pour parler aux cellules et diriger leur organisation en nouveaux tissus fonctionnels.

Cette approche permettrait à notre corps d’accomplir la plupart des tâches complexes, contrairement aux thérapies cellulaires ou à la bio-impression d’organes à l’extérieur du corps ; où les cellules doivent être prélevées, cultivées et réimplantées. La thérapie des matériaux serait d’une grande valeur pour les patients situés dans des régions éloignées de centres médicaux qui n’ont pas accès aux infrastructures complexes pour la croissance de cellules ou pour la bio-impression.

Plus spéculativement, la bio-impression d’organes est considérée comme l’une des technologies critiques pour la conquête spatiale. En utilisant des matériaux thérapeutiques pour guérir les blessures ou les maladies, nous pourrions laisser la tâche critique de la réparation à notre corps sans avoir à embarquer des équipements lourds et encombrants pour la culture de tissus.

Peut-être qu’un jour, une personne vivant dans l’espace pourra s’injecter un de ces matériaux.