Un « mini-cœur » créé à partir des cellules sanguines d’un patient

Mis au point à L’Institut, ce modèle 3D de « cœur sur puce » reproduit des caractéristiques clés de la cardiomyopathie dilatée et pourrait contribuer à l’identification de traitements adaptés à chaque patient.

Des chercheurs de l’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (L’Institut) ont créé un « cœur sur puce » tridimensionnel qui bat, ou « mini-cœur », à partir de cellules sanguines d’un patient atteint de cardiomyopathie dilatée (CMD), l’une des principales causes de transplantation cardiaque. Ce nouveau modèle pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre les mécanismes à l’origine de la CMD, à accélérer l’évaluation de nouveaux traitements et, à terme, à explorer le potentiel de modèles propres à chaque patient pour évaluer comment les tissus cardiaques d’une personne répondent à différentes thérapies. L’étude a récemment été publiée dans la revue Advanced Healthcare Materials.

La CMD est une maladie cardiaque grave caractérisée par une dilatation et un affaiblissement du cœur, qui réduisent sa capacité à pomper efficacement le sang et peuvent entraîner une insuffisance cardiaque et des troubles du rythme cardiaque. Selon les auteurs de l’étude, le risque de développer une insuffisance cardiaque dans les cinq ans est d’environ 50 %. 

« Avec ce nouveau “mini-cœur” créé à partir des cellules d’un patient, nous pouvons reproduire en laboratoire certaines caractéristiques de sa condition cardiaque. À terme, ce type de modèle pourrait nous aider à mieux comprendre la maladie et à déterminer quels traitements pourraient être les mieux adaptés à chaque patient », explique Ali Mousavi, Ph. D., premier auteur de l’étude et stagiaire postdoctoral au Laboratoire de régénération myocardique du Dr Renzo Cecere à L’Institut.

La recherche dans ce domaine demeure complexe, notamment parce que les modèles de laboratoire traditionnels, comme les modèles animaux et les cellules cultivées en laboratoire, ne peuvent pas reproduire toute la complexité du cœur humain et des maladies cardiovasculaires, malgré leur rôle essentiel en recherche.

« Ce nouveau modèle reproduit plus fidèlement le fonctionnement du cœur humain que les modèles de recherche traditionnels. Cette avancée pourrait nous aider à trouver des traitements plus efficaces contre la cardiomyopathie dilatée et, à terme, à réduire le recours à la transplantation cardiaque », explique le Dr Cecere, scientifique au sein du Programme de recherche en santé cardiovasculaire au long de la vie à L’Institut et professeur agrégé de chirurgie à l’Université McGill.

Créer le « mini-cœur » d’un patient en laboratoire

La technologie du « cœur sur puce » a considérablement progressé au cours de la dernière décennie. Le modèle mis au point à L’Institut se distingue par l’utilisation de cellules dérivées du sang d’un patient atteint de CMD.

« Les cellules sanguines sont reprogrammées en cellules souches pluripotentes induites, qui ont la capacité de se transformer en différents types de cellules du corps humain. Nous transformons ensuite ces cellules souches provenant du patient en cellules du muscle cardiaque, appelées cardiomyocytes, que nous utilisons pour créer un tissu cardiaque tridimensionnel intégré à une puce. Le résultat : un “mini-cœur” qui bat et se contracte de lui-même », explique Mousavi.

Une autre innovation de l’étude est l’intégration de minuscules billes fluorescentes directement dans les tissus. Celles-ci permettent aux chercheurs d’observer comment les différentes régions du tissu bougent et se contractent à chaque battement, offrant ainsi une analyse plus détaillée du fonctionnement du tissu cardiaque créé en laboratoire.

Reproduire des caractéristiques clés de la maladie cardiaque

Afin d’évaluer le modèle créé à partir des cellules du patient atteint de CMD, les chercheurs ont conçu un second modèle à partir des cellules d’un participant en bonne santé et ont comparé les caractéristiques et le fonctionnement des deux.

Ils ont observé des différences mesurables entre les deux modèles sur le plan de la structure, des contractions, du rythme des battements, de l’activité du calcium et des caractéristiques moléculaires. Notamment, les tissus provenant du patient atteint de CMD présentaient des battements anormaux et irréguliers, reproduisant ainsi certaines caractéristiques importantes de la maladie.

Les chercheurs ont également exposé les tissus à de la norépinéphrine, une substance qui augmente la fréquence et la force des contractions cardiaques, confirmant ainsi que les tissus créés en laboratoire pouvaient répondre à une stimulation chimique. 

« Ensemble, ces résultats montrent que notre modèle peut reproduire des caractéristiques importantes de la cardiomyopathie dilatée et pourrait, à terme, nous aider à mieux comprendre la maladie cardiaque propre à chaque patient », explique Mousavi.

À l’avenir, cette plateforme pourrait également servir d’outil pour le développement préclinique de médicaments, en aidant les chercheurs à identifier plus rapidement les traitements prometteurs. De tels modèles pourraient aussi compléter les méthodes de recherche existantes et, pour certains types d’études, réduire le recours aux modèles animaux.

« Cette étude constitue une importante preuve de concept, et la prochaine étape consistera à élargir la plateforme à un nombre beaucoup plus important de patients, explique le Dr Cecere. L’intégration d’échantillons provenant de patients présentant différents profils génétiques et différentes formes de CMD sera essentielle pour mieux comprendre comment la maladie varie d’une personne à l’autre et faire progresser cette technologie vers la médecine de précision. »

À propos de l’étude

L’étude Patient-Derived 3D Heart-On-a-Chip Model of Dilated Cardiomyopathy With Embedded Bead-Based Mapping of Tissue Contractilitypar Ali Mousavi, Ludovic Mouttet, Shihao Cui, Yasaman Hekmatnia, Mehran Mottahedi, Ida Derish, Naimeh Rafatian, Mark Aurousseau, Gregor Andelfinger, Renzo Cecere et Houman Savoji a été publiée dans Advanced Healthcare Materials.

DOI : 10.1002/adhm.71464

L’étude a été rendue possible grâce au Programme Signature Cardiovasculaire Courtois, soutenu par la Fondation du CUSM, et à son projet Cœur dans un boite de pétri, une initiative de recherche multidisciplinaire visant à mieux comprendre la CMD et les causes sous-jacentes de l’insuffisance cardiaque chez chaque patient.

L’étude a été réalisée dans le cadre du séjour de recherche d’Ali Mousavi au laboratoire du Dr Renzo Cecere à L’Institut, pendant ses études doctorales à l’Université de Montréal. Elle s’appuie sur la collaboration de longue date du Dr Cecere avec le Prof Houman Savoji et son équipe à l’Université de Montréal dans le développement d’innovations biomédicales. Ali Mousavi est maintenant stagiaire postdoctoral à L’Institut et bénéficie du soutien du Fonds de recherche du Québec (FRQ).

Personne-ressource pour les médias

Fabienne Landry
Centre universitaire de santé McGill
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