Des chercheurs créent une nanopuce pour reprogrammer les tissus biologiques

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| Indiana University
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Une équipe de chercheurs de l’Indiana University School of Medicine a développé un dispositif à nanopuce en silicone capable de transformer le tissu cutané en vaisseaux sanguins ou en cellules nerveuses. L’appareil est littéralement capable de reprogrammer les cellules du corps selon les besoins du patient. Ses concepteurs espèrent obtenir rapidement l’approbation de la Food and Drug Administration afin de l’utiliser pour la recherche clinique chez l’Homme.

Lors d’études en laboratoire sur des modèles murins, le dispositif a permis de convertir le tissu cutané en vaisseaux sanguins pour soigner un membre blessé dont le système circulatoire avait été endommagé. D’autres expérimentations sont en cours pour évaluer le potentiel de ce dispositif dans le cadre de différents types de thérapies, tels que la réparation des lésions cérébrales ou la prévention et l’inversion des lésions nerveuses.

Cette technologie, appelée « nanotransfection tissulaire », est une technologie de transfert de gènes électromoteurs ; le dispositif est équipé d’une matrice d’aiguilles creuses en silicium, qui peuvent délivrer (via une légère décharge électrique) des plasmides — des molécules d’ADN capables de réplication autonome et qui participent aux transferts horizontaux de gènes — à une profondeur spécifique prédéterminée de la peau, en une fraction de seconde.

Une approche moins invasive et moins risquée

La technologie est en cours de développement depuis plus de cinq ans et peut aujourd’hui être fabriquée de manière totalement reproductible assurent les chercheurs : dans un article publié la semaine dernière dans Nature Protocols, Chandan Sen, directeur de l’Indiana Center for Regenerative Medicine and Engineering, et son équipe décrivent les détails techniques permettant de fabriquer le matériel requis — un protocole qui peut être suivi « par toute personne compétente dans ce domaine », précise Chandan Sen. Le processus de fabrication de la puce prend généralement 5 à 6 jours.

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« Ce rapport sur la façon de produire exactement ces puces de nanotransfection tissulaire permettra à d’autres chercheurs de participer à ce nouveau développement en médecine régénérative », a déclaré Sen. Parce qu’elle permet véritablement de changer la fonction de différentes parties du corps, cette technologie innovante pourrait donc bientôt aider à traiter divers problèmes de santé ; elle se montrerait particulièrement utile en médecine d’urgence, dans le cadre hospitalier ou militaire. Reste à obtenir le feu vert de la Food and Drug Administration, qui devrait approuver l’utilisation de la nanopuce d’ici un an, espère Sen.

Cette nanotransfection tissulaire est une vraie avancée dans le domaine de la régénération cellulaire. Depuis plusieurs années, ce type de traitement repose généralement sur l’utilisation de cellules souches pluripotentes, typiques de tissus embryonnaires, obtenues à partir de cellules matures spécialisées. Ces cellules souches ont un grand potentiel thérapeutique, car elles peuvent ensuite être induites à se développer en diverses cellules, tissus et (éventuellement) organes, qui seront complètement compatibles avec le patient — éliminant ainsi le problème du rejet des tissus ou de la recherche de donneurs.

Cette approche nécessite cependant des procédures de laboratoire compliquées et, comme toute manipulation cellulaire, peut présenter certains risques, notamment celui de donner naissance à des cellules cancéreuses. Il était donc essentiel de mettre au point une technique plus simple et moins invasive.

Un intérêt certain pour la médecine civile et militaire

La technologie proposée par Sen et son équipe s’inscrit totalement dans cet objectif, car il s’agit ici de s’affranchir de toute manipulation réalisée en laboratoire : avec la nanotransfection tissulaire, le corps humain devient son propre programmeur cellulaire. La nanopuce en silicium comporte une multitude de canaux se terminant par un réseau de micro-aiguilles ; elle est surmontée d’un réservoir rectangulaire, qui contient des gènes spécifiques.

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La nanopuce est appliquée directement sur les tissus endommagés et transforme la zone en un petit bioréacteur cellulaire. © Indiana University

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Grâce à une charge électrique focalisée, ces gènes sont introduits à la profondeur souhaitée dans le tissu et modifient les cellules, transformant la zone en un véritable petit « bioréacteur » ; les cellules sont reprogrammées en différents types ou en structures multicellulaires (vaisseaux sanguins ou nerfs), sans aucune autre manipulation ! La nanotransfection tissulaire in vivo dure une trentaine de minutes environ, selon ses concepteurs. Une fois produits, les cellules et tissus peuvent contribuer à réparer les dommages subis localement, voire dans d’autres parties du corps, y compris dans le cerveau.

L’approbation de la FDA ouvrirait la voie à la recherche clinique sur des humains. Les applications potentielles en médecine civile et militaire sont larges : elles comprennent la réparation des lésions cérébrales résultant d’un accident vasculaire cérébral ou encore l’inversion des lésions nerveuses causées par le diabète.

Source : Nature Protocols, Y. Xuan et al.

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