Tissu d'ingénierie pour renforcer le sous-développement
ROCHESTER, Minnesota — Des cellules prélevées sur une petite parcelle de peau pourraient-elles devenir du muscle cardiaque et réparer une malformation cardiaque congénitale rare ? C'est une question scientifique qui Timothy Nelson, MD, Ph.D.et les collaborateurs espèrent répondre pour ceux qui sont nés avec une cavité cardiaque gauche sous-développée - une maladie rare et complexe connue sous le nom de syndrome du coeur gauche hypoplasique (HLHS).
La découverte de la première thérapie cellulaire pour reconstruire le tissu cardiaque pour le HLHS a été une passion de recherche de dix ans pour le Dr Nelson, qui est le directeur du Programme familial Todd et Karen Wanek pour le syndrome hypoplasique du cœur gauche à la clinique Mayo.
"Le problème est que la majorité des patients complexes à ventricule unique nés avec des malformations cardiaques congénitales, comme le HLHS, finiront par développer une insuffisance cardiaque. Malheureusement, la transplantation cardiaque est loin d'être idéale pour cette population de patients, qui peut inclure des enfants présentant des comorbidités complexes, même s'il n'y avait pas une grave pénurie d'organes appropriés », explique le Dr Nelson. "La recherche de la Mayo Clinic joue un rôle important dans l'avancement des découvertes innovantes pour les maladies cardiaques rares et complexes afin d'élargir les options."
Remusculariser le coeur
Environ 10 000 personnes aux États-Unis vivent avec HLHS - une maladie qui affaiblit gravement le cœur. La chirurgie pour repositionner les artères permet à un seul ventricule de pomper le sang vers les poumons et le reste du corps, mais cela ne restaure qu'une partie de la fonction circulatoire. Bien que des progrès soient réalisés, peu de personnes atteintes de HLHS vivent au-delà de 30 ans.
"HLHS, c'est essentiellement comme prendre le moteur de votre tondeuse à gazon et le mettre dans votre SUV et conduire au travail à 70 miles à l'heure tous les jours", explique le Dr Nelson. "Notre recherche essaie de comprendre si nous pouvons convertir des cœurs défectueux d'un moteur de 5 chevaux à un moteur de 50 chevaux. Nous n'atteindrons probablement jamais le moteur de 100 chevaux qu'est un cœur normal, mais notre objectif est de faire le cœur plus grand et plus fort."
Les technologies actuelles dans les études cliniques, telles que le sang de cordon et la moelle osseuse, que le Dr Nelson appelle "engrais", peuvent être injectées dans le muscle cardiaque lors d'interventions chirurgicales planifiées et peuvent être utiles pour préserver et protéger le muscle cardiaque. En fin de compte, cela a une valeur thérapeutique limitée après le début de l'insuffisance cardiaque.
"Les approches d'engrais peuvent stimuler le cœur à se développer du mieux qu'il peut. Cela ne nous amène pas à la ligne d'arrivée la plupart du temps, car l'engrais en lui-même n'est tout simplement pas capable de le faire pousser assez grand et assez fort", explique le Dr. Nelson.
À la recherche de nouvelles options, l'équipe de recherche du Dr Nelson étudie si un produit cardiaque issu de la bio-ingénierie pourrait régénérer le tissu cardiaque du patient et réparer la partie sous-développée du cœur, remuscularisant essentiellement le cœur.
D'un bout de peau à une cellule cardiaque
La recherche sur la régénération des tissus cardiaques commence par une biopsie de la peau du patient de la taille d'une gomme à crayon. Les cellules sont extraites puis reprogrammées pour devenir des cellules souches pluripotentes induites, ce qui revient à remonter le temps jusqu'au moment où les cellules se sont formées pour la première fois dans l'utérus. À cet état, les cellules se divisent et peuvent devenir n'importe quel type de cellule dans le corps. Dans ce cas, ils sont ensuite formés pour devenir des cellules cardiaques, appelées cardiomyocytes. Ils deviennent des cellules musculaires cardiaques qui battent et se contractent.
Il s'agit d'un processus de neuf mois allant de l'extraction des cellules à la mise à l'échelle des centaines de millions de cellules qui seraient nécessaires pour tester si elles pourraient former de nouveaux tissus cardiaques.
"Nous avons reprogrammé ces cellules en laboratoire et les avons testées dans plusieurs modèles précliniques où nous les avons observées se greffer dans le muscle cardiaque du receveur, puis elles se développent, se divisent et se développent", explique le Dr Nelson. "Nous sommes maintenant intéressés à savoir si ces cardiomyocytes pourraient régénérer le tissu cardiaque chez l'homme."
Le parcours de recherche sinueux du Dr Nelson, qui s'étend sur une décennie, a conduit à un lien important. La Food and Drug Administration permettra à l'équipe d'étudier l'innocuité des cellules cardiaques pluripotentes induites dans un essai de phase 1 à la Mayo Clinic pour les adultes atteints de malformations cardiaques congénitales.
Le Consortium HLHS, composée de plusieurs hôpitaux cardiovasculaires en Amérique du Nord, a été fondée à la Mayo Clinic et propose une approche d'équipe pour mener des études à grande échelle sur les patients atteints de cardiopathies congénitales complexes. Le consortium HLHS travaille ensemble pour faire progresser les connaissances scientifiques et la pratique des maladies cardiaques congénitales rares.
Ce travail important — réparer, remplacer ou restaurer des cellules, des tissus ou des organes malades — est associé à la médecine régénérative. Centre de biothérapie régénérative de la clinique Mayo soutient la recherche HLHS en distribuant et en élargissant le réseau de scientifiques et de chercheurs utilisant ces outils au Médecine régénérative Biotrust.
Cette étape importante de la recherche HLHS à Mayo est rendue possible, en partie, grâce à la collaboration avec Entreprises de la clinique Mayo de concéder sous licence la technologie à une organisation à but non lucratif qui parrainera l'essai clinique. L'organisation à but non lucratif, HeartWorks, et son personnel de 20 personnes ont travaillé avec le programme de la Mayo Clinic pour HLHS afin de co-développer une technologie qui sera testée. La recherche est également soutenue par la générosité de la famille Todd et Karen Wanek.
Selon les résultats de l'étude de sécurité de phase 1, il pourrait s'écouler des années avant que le tissu cardiaque modifié ne soit approuvé pour une utilisation dans les soins cliniques quotidiens pour les cardiopathies congénitales.
À propos du Dr Nelson
Le Dr Nelson est diplômé en biochimie et en biologie moléculaire de l'Université du Wisconsin Eau Claire et Platteville. Il a suivi le programme de formation des scientifiques médicaux au Medical College of Wisconsin, suivi d'une bourse de recherche et d'une résidence à la Mayo Clinic. Il a une formation supplémentaire en cardiovasologie par les National Institutes of Health.
Recherche par le Dr Nelson :
Thérapie par cellules souches et cardiopathie congénitale
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À propos de la clinique Mayo
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