La transplantation d’organoïdes possède un potentiel remarquable pour la réparation cardiaque. Cependant, le faible taux de survie des cellules implantées reste un défi. Des chercheurs ont récemment contourné cet obstacle en cultivant les cellules cardiaques à travers des nanofils de silicium électroconducteurs biodégradables et biocompatibles. Les organoïdes résultants ont démontré une capacité de réparation doublée, par rapport à ceux issus de méthodes sans nanofils.
À la suite d’un infarctus, le tissu cardiaque subit des dommages apoptotiques dus à l’ischémie (la rupture de l’apport en oxygène). Pour réparer les dommages, la thérapie cellulaire à base de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC-CM) est prometteuse, car elle permet de « remusculariser » le tissu cardiaque endommagé et de restaurer sa fonction contractile. L’efficacité de cette approche a été démontrée chez des modèles murins, des porcs et des singes. Cependant, les techniques de transplantation utilisées ne permettaient jusqu’ici qu’une restauration fonctionnelle modérée, en raison du faible taux de survie des cellules implantées (rétention cellulaire). Il y avait également un risque d’évolution vers une arythmie.
Les organoïdes sont d’excellentes plateformes pour la modélisation de maladies cardiaques en vue des essais thérapeutiques et sont de ce fait compatibles à la réparation in situ des lésions. Dans cette optique, des patchs cardiaques contenant des organoïdes ont par le passé été testés avec succès sur des modèles animaux. Mais ces dispositifs nécessitent des processus de fabrication complexes et coûteux, sans compter les procédures chirurgicales invasives pour les implanter.
Grâce aux structures tridimensionnelles, non seulement la rétention cellulaire est améliorée, mais l’implantation est également moins invasive, les organoïdes étant assez petits pour être injectés. Mais là encore, cette rétention n’est pas suffisamment élevée pour permettre une restauration fonctionnelle optimale.
Les chercheurs de l’Université de Clemson (aux États-Unis) ont eu pour idée de pallier ces problèmes en utilisant des nanofils de silicium pour soutenir les organoïdes. D’après le rapport publié dans la revue Science Advances, l’approche a des avantages conséquents par rapport aux techniques précédentes.
Des nanofils biocompatibles et biodégradables
La technique comprend des organoïdes cardiaques sphériques hPSC-CM cultivés à travers des nanofils, qui s’intègrent dans les structures à mesure qu’elles se développent. Les nanofils de silicium électroconducteurs (e-SiNW) permettent notamment d’améliorer la conductivité des tissus, augmentant ainsi leur contractilité. Par rapport à d’autres matériaux conducteurs, le silicium a l’avantage d’être à la fois biocompatible et biodégradable. De plus, sa conductivité électrique est réglable selon la surface, ce qui permet une meilleure synchronisation de la contractilité des cellules ainsi qu’une meilleure intégration au tissu hôte.
Après injection dans des tissus cardiaques sains, il a été constaté que les sphéroïdes hPSC-CM nanofilaires avaient une rétention cellulaire et une conductivité améliorées, par rapport aux structures sans nanofils. Les chercheurs ont également testé leur technique sur des organoïdes multicellulaires composés de hPSC-CM, de fibroblastes cardiaques humains (hcFB), de cellules endothéliales et de cellules stromales. Ils ont découvert une plus grande tolérance à l’ischémie par rapport aux organoïdes à nanofils composés uniquement de hPSC-CM.
Dans un deuxième temps, les organoïdes nanofilaires ont été testés sur des cœurs de rats endommagés par une ischémie. Après transplantation au niveau des lésions, le développement de la contractilité des implants a été accéléré. Cette accélération est provoquée par la vascularisation améliorée des greffons, par rapport à ceux dépourvus de nanofils. Cette vascularisation a permis de réduire considérablement l’apoptose, car la structure en nanofils conférerait un environnement plus cardioprotecteur pour soutenir la survie des cellules implantées, selon les auteurs de l’étude.
En outre, par rapport aux organoïdes sans nanofils, la récupération fonctionnelle des nouveaux organoïdes est doublée, et ce avec un nombre de cellules implantées significativement réduit (20 fois plus faible). Les e-SiNW étant biocompatibles, les réponses inflammatoires n’ont pas été exacerbées. « Ces résultats démontrent une synergie entre les organoïdes cardiaques humains et les nanomatériaux électriquement conducteurs pour faire progresser l’efficacité thérapeutique de la greffe de hPSC-CM », indiquent les chercheurs dans leur article.
En surmontant les limites traditionnellement liées à la thérapie cellulaire cardiaque, cette nouvelle technique semble être une solution sûre et efficace. Toutefois, plus d’essais incluant des échantillons plus larges seront nécessaires pour véritablement corroborer cette efficacité, ainsi qu’un suivi à long terme. Les mécanismes biomoléculaires sous-jacents au processus de transplantation devront aussi être explorés. Néanmoins, il s’agit probablement d’une alternative prometteuse pour la réparation tissulaire, qui pourrait être transposée à d’autres tissus à conductivité, tels que le tissu cérébral.