Les chercheurs ont conçu un tapis d’entraînement pour les cellules qui peut aider les scientifiques à se concentrer, au niveau microscopique, sur les effets mécaniques de l’exercice.

Des chercheurs ont créé un tapis de gel contenant des aimants qui simule les forces mécaniques exercées sur les cellules musculaires pendant l’exercice. Ce nouveau « tapis d’entraînement » pourrait aider à tester des traitements pour les personnes souffrant de lésions musculaires et de maladies neuromusculaires, ou à cultiver des muscles artificiels destinés à être utilisés dans des robots souples.

Dans le corps, les cellules communiquent par une combinaison de signaux chimiques, électriques et mécaniques, en particulier pendant l’exercice. Avec les cellules fabriquées en laboratoire, il est difficile de créer un contact mécanique cellule-cellule semblable à la réalité, car cela risque souvent d’endommager les cellules.

Des chercheurs du MIT ont créé un moyen non dommageable de simuler les effets mécaniques auxquels les cellules musculaires squelettiques sont exposées pendant l’exercice. Pour eux, il s’agit d’un tapis d’entraînement pour les cellules.

« Nous voulions découpler les deux principaux éléments de l’exercice – chimique et mécanique – pour voir comment les muscles réagissent uniquement aux forces mécaniques de l’exercice », explique Ritu Raman, auteur correspondant de l’étude.

Les chercheurs se sont tournés vers les aimants pour exposer les cellules musculaires à des forces mécaniques régulières et répétées sans les endommager. En mélangeant des nanoparticules magnétiques disponibles dans le commerce avec une solution de silicone caoutchouteuse, le mélange a été durci pour former une plaque et découpé en barres très fines. Un prototype de tapis a été créé, composé de quatre barres magnétiques légèrement espacées les unes des autres et prises en sandwich entre deux couches d’hydrogel.

Des cellules musculaires ont été placées à la surface du tapis et les cellules circulaires se sont progressivement allongées et ont fusionné avec les cellules voisines pour former des fibres. Sous le tapis de gel, les chercheurs ont placé un aimant externe sur une piste et l’ont programmé pour qu’il se déplace d’avant en arrière.

Les aimants intégrés dans le gel ont réagi en faisant osciller le gel et en générant des forces similaires à celles que les cellules subiraient lors d’un exercice physique réel. Les chercheurs ont « exercé » les cellules pendant 30 minutes par jour pendant 10 jours. Un groupe de cellules musculaires non exercées a servi de contrôle.

« Nous avons ensuite fait un zoom arrière et pris une photo du gel pour constater que ces cellules stimulées mécaniquement étaient très différentes des cellules de contrôle », explique Ritu Raman.

Ils ont constaté que les cellules exercées s’allongeaient et formaient des fibres qui s’alignaient dans la même direction. En revanche, les cellules de contrôle avaient tendance à rester circulaires et à s’aligner de manière désordonnée.

Dans des circonstances normales, les cellules musculaires se contractent en réponse à l’impulsion électrique d’un nerf mais, dans des conditions de laboratoire, cela pourrait endommager les cellules. Les chercheurs ont donc modifié génétiquement les cellules pour qu’elles se contractent en réponse à la lumière bleue.

« Lorsque nous éclairons les muscles, vous pouvez voir que les cellules de contrôle battent, mais certaines fibres battent dans un sens, d’autres dans l’autre, et produisent globalement des contractions très asynchrones », souligne Ritu Raman. « Alors qu’avec les fibres alignées, elles tirent et battent toutes en même temps, dans la même direction.

Les chercheurs affirment que le nouveau « gel d’entraînement » peut être utilisé comme un moyen rapide et non invasif de façonner les fibres musculaires et d’étudier leur réaction à l’exercice, ce qui pourrait permettre d’identifier des thérapies pour aider les personnes à se remettre de blessures musculaires et de troubles neuromusculaires. Les chercheurs prévoient également de cultiver d’autres types de cellules sur le gel afin d’étudier leur réaction à l’exercice.

« Des données biologiques suggèrent que de nombreux types de cellules réagissent à la stimulation mécanique », a déclaré Ritu Raman. « Il s’agit d’un nouvel outil pour étudier l’interaction. »

https://www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(23)00149-7

https://news.mit.edu/2023/wobbly-gel-mat-trains-muscle-cells-work-together-1020