La science s'inspire de partout pour une percée. Une plaque collante avec des bactéries nous a donné le premier antibiotique - la pénicilline. La combinaison de la levure avec une électrode de platine sous tension nous a donné un puissant médicament de chimiothérapie - le cisplatine. Le Dr Andrew Pelling de l'Université d'Ottawa tire ses idées radicales du classique de science-fiction The Little Horror Store. En particulier, il aime le principal antagoniste du film: la plante cannibale Aubrey 2.
C'est quelque chose qui ressemble à une plante avec des traits de mammifères, a déclaré Pelling lors de la conférence de médecine exponentielle à San Diego cette semaine. "Nous avons donc commencé à nous demander: est-ce que cela peut être cultivé en laboratoire?"
Le but ultime de Pelling, bien sûr, n'est pas de donner vie à un monstre de science-fiction. Au lieu de cela, il veut comprendre si les plantes conventionnelles peuvent fournir la structure nécessaire pour remplacer les tissus humains.
L'essor de la mécanobiologie
Faire pousser une oreille humaine à partir de pommes peut sembler un processus étrange, mais le point de départ de Pelling est que l'intérieur fibreux est étonnamment similaire aux micro-environnements dans lesquels les tissus humains issus de la bio-ingénierie sont généralement cultivés dans les laboratoires.
Pour faire un remplacement d'oreille, par exemple, les scientifiques coupent ou impriment régulièrement des structures de support creuses à partir de matériaux biocompatibles coûteux. Ils inoculent ensuite des cellules souches humaines dans cette structure et lui fournissent minutieusement un cocktail de facteurs de croissance et de nutriments, encourageant les cellules à se développer. Finalement, après des semaines et des mois d'incubation, les cellules prolifèrent et se différencient en cellules cutanées dans les forêts. Le résultat est une oreille bio-conçue.
Le problème est que la barrière à l'entrée est très élevée: les cellules souches, les facteurs de croissance et les matériaux pour les forêts sont tous chers à l'achat et difficiles à produire.
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Mais ces composants sont-ils vraiment nécessaires?
Grâce à une série d'expériences, Pelling et d'autres ont découvert que ces forces mécaniques ne sont pas simplement un sous-produit de la biologie; au contraire, ils régulent fondamentalement les mécanismes moléculaires sous-jacents de la cellule.
Des études antérieures ont montré que chaque étape de la croissance embryonnaire - «un processus fondamental en biologie» - peut être régulée et contrôlée par des informations mécaniques. En d'autres termes, les forces physiques peuvent inciter les cellules à se diviser et à migrer à travers les tissus, car notre code génétique guide le développement de tout l'organisme.
En laboratoire, l'étirement et la stimulation mécanique des cellules semblent changer radicalement leur comportement. Dans un test, l'équipe de Pelling a saupoudré des cellules cancéreuses sur une feuille de cellules cutanées cultivées au fond d'une boîte de Pétri. Les cellules cancéreuses se rassemblent en petites boules, formant une barrière claire entre la microtumeur et les cellules de la peau.
Mais lorsque l'équipe de scientifiques a placé tout le système cellulaire dans un appareil qui l'étirait légèrement - imitant la respiration et les mouvements du corps - les cellules tumorales sont devenues agressives, envahissant la couche de cellules cutanées.
Ce qui est encore plus cool: aucun mouvement actif n'est nécessaire pour que les forces mécaniques transforment le comportement des cellules. La forme du microenvironnement est suffisante pour guider leurs actions.
Par exemple, lorsque Pelling a placé deux types de cellules dans une structure physique rainurée, les cellules se sont auto-détachées en quelques heures, et un type s'est développé dans les rainures et l'autre sur des crêtes plus élevées. Simplement en détectant la forme de cette surface ondulée, ils ont «appris» à se séparer et à s'adapter spatialement.
Ainsi: en utilisant une seule forme, les cellules peuvent être stimulées pour former des modèles tridimensionnels complexes.
Et ici, la pomme nous aidera.
Une pomme … ou une oreille?
Au microscope, le microenvironnement d'une pomme est sur la même échelle de longueur que les surfaces artificielles pour la fabrication de tissus de remplacement. Cette découverte a amené les scientifiques à se demander: est-il vraiment possible d'utiliser cette structure de surface végétale pour faire pousser des organes humains?
Pour tester cela, ils ont pris une pomme et lavé toutes ses cellules végétales, son ADN et d'autres biomolécules. Il ne reste plus que des échafaudages fibreux - ils restent coincés dans vos dents. Lorsque l'équipe a placé des cellules humaines et animales à l'intérieur, les cellules ont commencé à se développer et à se propager.
Encouragés par le résultat, les scientifiques ont sculpté une pomme en forme d'oreille humaine et ont répété le processus ci-dessus. En quelques semaines, les cellules ont proliféré et ont transformé un morceau de pomme en une oreille humaine charnue.
Bien sûr, une seule forme ne suffira pas. Le tissu de remplacement doit également prendre racine à l'intérieur du corps.
L'équipe a ensuite implanté des forêts de pommiers juste sous la peau de la souris. En seulement huit semaines, des cellules saines de souris ont non seulement colonisé la matrice, mais le corps du rongeur a également produit de nouveaux vaisseaux sanguins qui ont aidé les forêts à vivre et à prospérer.
Le tissu bio-ingénierie a trois propriétés importantes: il est sûr, il est biocompatible et il est produit à partir d'une source renouvelable et éthique.
Passer de la théorie à la pratique
Pelling est particulièrement impressionné par ses résultats en raison de sa simplicité: il ne nécessite pas de cellules souches ou de facteurs de croissance exotiques pour fonctionner. L'approche élégante utilise simplement la structure physique de la plante.
L'équipe étend actuellement ses travaux à trois domaines principaux de l'ingénierie tissulaire: le cartilage des tissus mous, le tissu osseux, la moelle épinière et les nerfs. L'importance est de faire correspondre la microstructure spécifique de la plante avec le tissu.
Et pourquoi se limiter au corps que la nature nous a donné? Si les formes d'échafaudage sont le seul déterminant de l'ingénierie des tissus ou des organes, pourquoi ne pas créer vos propres formes?
Pelling s'est armé de cette idée et a créé une entreprise de design qui échafauderait trois types d'oreilles différents: des oreilles humaines régulières, des oreilles pointues comme celles de Spock et des oreilles ondulées, qui pourraient, en théorie, supprimer ou améliorer diverses fréquences.
Ilya Khel
