Il va sans dire que le cœur est un organe important, mais il est difficile d’étudier comment il réagit aux maladies et aux médicaments. Les chercheurs de Harvard ont maintenant développé un modèle de ventricule gauche humain qui bat spontanément, marquant une étape importante vers l’ingénierie des cœurs entiers pour des tests plus précis de nouveaux traitements.

Traditionnellement, l’expérimentation de nouveaux médicaments et traitements, ainsi que la modélisation de la maladie, a été faite sur des animaux. Le problème est que les résultats ne sont pas toujours transmissibles aux humains, et qu’il est difficile de mettre la main sur un vrai, car les gens en ont toujours besoin. Des modèles réalistes sont la voie à suivre, avec des scientifiques qui, dans le passé, ont développé des mini-coeurs en «humanisant» les cœurs de rats ou en utilisant des cellules vivantes pour créer des dispositifs de «cœur sur puce».

L’équipe de Harvard a conçu le nouveau modèle en ensemençant des cellules cardiaques humaines sur un échafaudage de nanofibres. D’abord les fibres, constituées d’une combinaison de polyester biodégradable et de gélatine, ont été transformées en forme de cône sur un dispositif collecteur, qui aligne toutes les fibres dans la même direction grâce à sa rotation.

Avec cette structure de base en place, l’équipe a ensuite introduit des cellules cardiaques vivantes issues de cellules souches induites, dans certains cas de rats et d’autres de l’homme. En l’espace de trois à cinq jours, ces cellules se sont développées en une mince paroi de tissu à travers l’échafaudage entier et battaient d’une manière naturelle et stable.

Pour tester dans quelle mesure le modèle a réagi aux stimuli, les chercheurs l’ont ensuite dosé avec de l’isoprotérénol, et il a commencé à battre plus vite comme le ferait un vrai cœur. Ils ont même provoqué une crise cardiaque en y perçant des trous.

Après quelques jours, il y avait assez de cellules cardiaques dans le modèle qui a commencé à battre

Pour une étude à plus long terme, les chercheurs ont construit un bioréacteur pour loger le ventricule en toute sécurité, avec des ports où ils pourraient insérer des valves, des cathéters et d’autres dispositifs pour aider à l’expérience. Avec cette configuration, les ventricules sont restés stables pendant six mois.

« Le fait que nous puissions étudier ce ventricule sur de longues périodes est une très bonne nouvelle pour étudier la progression des maladies chez les patients ainsi que les traitements médicamenteux qui prennent un certain temps à agir », explique Luke MacQueen, premier auteur de l’étude.

Pour la prochaine étape, l’équipe prévoit d’utiliser des cellules cardiaques recueillies auprès des patients, ce qui fournirait un modèle plus précis et personnalisé de la progression d’une maladie ou du bon fonctionnement d’un traitement chez cette personne. Ces modèles, disent les chercheurs, partageraient le contexte génétique du patient, ainsi que des mutations qui pourraient changer les résultats d’un modèle générique. Finalement, un cœur complet à quatre chambres est la cible.

« L’objectif à long terme de ce projet est de remplacer ou de compléter les modèles animaux par des modèles humains et en particulier des modèles humains spécifiques au patient », explique Luke MacQueen. « À l’avenir, les cellules souches des patients pourraient être collectées et utilisées pour construire des modèles de tissus reproduisant certaines des caractéristiques de l’ensemble de leur organe. »

https://www.seas.harvard.edu/news/2018/07/3-d-model-of-human-heart-ventricle

https://www.nature.com/articles/s41551-018-0271-5