Grâce à l'incorporation de nanoparticules magnétiques
dans les cellules et à la mise au point d'un dispositif comprenant des
aimants miniaturisés, des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes
complexes (CNRS/Université Paris Diderot), en collaboration avec le
laboratoire Adaptation biologique et vieillissement (CNRS/UPMC) et le
Centre de recherche cardiovasculaire de Paris (Inserm/Université Paris
Descartes), ont créé de véritables « legos » cellulaires magnétiques.
Ils sont parvenus à agréger des cellules sans matrice de soutien
externe, uniquement avec l'aide d'aimants. De cette manière, le tissu
formé par les cellules peut être déformé à loisir. Décrit dans Nature Communications
le 12 septembre 2017, ce dispositif pourrait se révéler être un outil
puissant aussi bien pour des études biophysiques que pour la médecine
régénérative de demain.
Les nanotechnologies ont rapidement envahi le secteur médical
en proposant des solutions parfois inédites aux limites des traitements
actuels, devenant ainsi incontournables pour le diagnostic et la
thérapie, notamment pour la régénération des tissus. L'un des défis
actuels de la médecine régénérative est de pouvoir créer un assemblage
cellulaire cohésif et organisé tout en s'affranchissant d'une matrice de
soutien externe. Ce défi est particulièrement considérable lorsqu'il
s'agit de synthétiser des tissus épais et/ou de grandes tailles, ou
lorsque ces tissus doivent être stimulés, à la manière de leurs
homologues
in vivo (comme par exemple le tissu cardiaque ou le cartilage), afin d'améliorer leur fonctionnalité.
Des
chercheurs ont relevé ce défi en exploitant le magnétisme pour agir à
distance sur les cellules, les assembler, les organiser et les stimuler.
Les cellules, briques élémentaires du tissu, sont ainsi magnétisées au
préalable, via l'incorporation de nanoparticules magnétiques, pour
devenir de véritables « legos » cellulaires déplaçables et empilables
grâce à des aimants externes. Dans ce nouveau dispositif d'étireur
tissulaire magnétique, les cellules magnétisées sont d'abord piégées sur
un premier micro-aimant, puis l'agrégat formé par les cellules est
piégé à son tour par un second aimant, mobile cette fois. Le mouvement
des deux aimants permet d'étirer ou de comprimer à volonté le tissu
obtenu.
Pour tester leur dispositif, les chercheurs ont d'abord
utilisé des cellules souches embryonnaires. Ils ont commencé par montrer
que l'incorporation de nanoparticules n'avait d'impact ni sur le
fonctionnement de la cellule souche, ni sur ses capacités de
différenciation. Ces cellules souches magnétiques fonctionnelles ont
ensuite été testées dans l'étireur. De manière remarquable, elles se
différencient vers des précurseurs de cellules cardiaques lorsque la
stimulation impose des « battements magnétiques » mimant la contraction
du cœur. Ce résultat montre ainsi le rôle que peuvent avoir des facteurs
purement mécaniques dans la différenciation cellulaire.
Cette
approche « tout-en-un » qui permet dans un même dispositif de façonner
un tissu et de le manipuler, pourrait ainsi se révéler être un outil
puissant aussi bien pour des études biophysiques que pour l'ingénierie
tissulaire.
© Claire Wilhelm / laboratoire Matière et systèmes complexes (CNRS/Université Paris Diderot).
L'étireur
magnétique : ce dispositif tout-en-un permet à la fois de former et de
stimuler mécaniquement un agrégat de cellules souches embryonnaires. Les
deux micro-aimants, dont l'un est mobile, encadrent le corps embryoïde
obtenu et la stimulation cyclique peut être adaptée selon le type de
tissu que l'on souhaite obtenir.
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Références :
A 3D magnetic tissue stretcher for remote mechanical control of embryonic stem cell differentiation.
Vicard Du, Nathalie Luciani, Sophie Richard, Gaëtan Mary, Cyprien Gay,
François Mazuel, Myriam Reffay, Philippe Menasché, Onnik Agbulut, Claire
Wilhelm.
Nature communications, le 12 septembre 2017. DOI : 10.1038/s41467-017-00543-2.
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