Des ingénieurs développent une technologie qui stimule les cellules cardiaques avec la lumière
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Les résultats suggèrent des applications pour les stimulateurs cardiaques et de nouveaux traitements
- L’étude montre comment les signaux déclenchés par la lumière peuvent améliorer la fonction cardiaque.
- Ces résultats ont des implications pour les thérapies émergentes à base de cellules souches.
- Le National Heart, Lung, and Blood Institute, une division des National Institutes of Health, a soutenu ce travail.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs en génie chimique et biomoléculaire de l'Université de Californie à Irvine annoncent la création de biomolécules permettant de cultiver en laboratoire des cellules musculaires cardiaques photosensibles. Ce développement ouvre la voie à une biotechnologie capable de délivrer des signaux photosensibles au cœur, améliorant ainsi son fonctionnement, sans nécessiter de modifications génétiques ni de procédures invasives.
« Nous démontrons pour la première fois que la lumière peut être convertie en signaux de stimulation cardiaque grâce à des matériaux synthétiques composés de biomolécules », a déclaré Herdeline Ann Ardoña , professeure adjointe de génie chimique et biomoléculaire. « Cela pourrait être bénéfique pour des applications médicales en aval, comme les technologies de stimulation cardiaque, ou pour aider à orienter les cellules souches thérapeutiques dérivées de patients afin de mieux imiter les caractéristiques des cellules cardiaques adultes. »
Les résultats sont publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Les co-auteurs principaux de l'article sont Sujeung Lim, récemment titulaire d'un doctorat, et Ze-Fan Yao, ancien chercheur postdoctoral au sein du groupe de recherche Ardoña. Les chercheurs expliquent qu'il existe déjà plusieurs biomatériaux synthétiques souples utilisés pour soutenir la recréation de tissus cardiaques en laboratoire. Cependant, nombre d'entre eux n'offrent qu'un soutien passif aux tissus en croissance. Ce nouveau système de matériaux offre à la fois un soutien structurel et des signaux actifs initiés par irradiation lumineuse pour transmettre des signaux qui influencent le comportement cardiaque.
Le travail a été soutenu par le National Heart, Lung, and Blood Institute, une division des National Institutes of Health.
« Lorsqu'ils sont exposés à des longueurs d'onde spécifiques de lumière, des signaux électriques locaux peuvent être générés à l'interface entre les peptides des biomolécules et les cellules, guidant les cellules à se contracter de manière plus rythmique et permettant aux cellules dérivées de cellules souches d'exprimer des caractéristiques plus cardiaques », a déclaré Ardoña.
En utilisant des peptides pour délivrer des stimuli déclenchés par la lumière, les propriétés du matériau et la manière dont ils interagissent avec les cellules peuvent être systématiquement ajustées en fonction de la séquence d'acides aminés.
Cette technologie peut aider les chercheurs à mieux comprendre les mécanismes des maladies, car elle contribue à la création de modèles cardiaques développés en laboratoire, reproduisant plus fidèlement les caractéristiques cardiaques humaines. Ardoña et son équipe continueront d'étudier le mécanisme de réponse des cellules aux stimuli spécifiques délivrés par les biomolécules modifiées par son groupe. Ils travaillent également à la création de tissus cardiaques modifiés en 3D présentant la même sensibilité à la lumière.