Les ingénieurs biomédicaux et les chercheurs médicaux de l'UNSW Sydney ont fait des découvertes indépendantes sur la création de cellules souches sanguines embryonnaires qui pourraient un jour éliminer le besoin de donneurs de cellules souches sanguines.

Ces réalisations font partie d'une évolution de la médecine régénérative vers l'utilisation de "cellules souches pluripotentes induites" pour traiter la maladie, où les cellules souches sont rétroconçues à partir de cellules de tissus adultes plutôt que d'utiliser des embryons humains ou animaux vivants.

Mais alors que nous connaissons les cellules souches pluripotentes induites depuis 2006, les scientifiques ont encore beaucoup à apprendre sur la façon dont la différenciation cellulaire dans le corps humain peut être imitée artificiellement et en toute sécurité en laboratoire dans le but de fournir un traitement médical ciblé.

Deux études ont émergé des chercheurs de l'UNSW dans ce domaine qui jettent un nouvel éclairage non seulement sur la façon dont les précurseurs des cellules souches sanguines se produisent chez les animaux et les humains, mais aussi sur la façon dont ils peuvent être induits artificiellement.

Dans une étude publiée aujourd'hui dans Cell Reports , des chercheurs de l'École de génie biomédical de l'UNSW ont démontré comment une simulation du cœur battant d'un embryon à l'aide d'un dispositif microfluidique en laboratoire a conduit au développement de "précurseurs" de cellules souches sanguines humaines, qui sont des cellules souches sur le point de devenir des cellules souches sanguines.

Et dans un article publié dans Nature Cell Biology en juillet, des chercheurs de l'UNSW Medicine &Health ont révélé l'identité des cellules d'embryons de souris responsables de la création de cellules souches sanguines.

Ces deux études sont des étapes importantes vers une compréhension de comment, quand, où et quelles cellules sont impliquées dans la création de cellules souches sanguines. À l'avenir, ces connaissances pourraient être utilisées pour aider les patients cancéreux, entre autres, qui ont subi de fortes doses de radiothérapie et de chimiothérapie, à reconstituer leurs cellules souches sanguines épuisées.

Émuler le cœur

Dans l'étude détaillée dans Cell Reports , l'auteur principal, le Dr Jingjing Li, et ses collègues chercheurs ont décrit comment un système microfluidique de 3 cm x 3 cm pompait des cellules souches sanguines produites à partir d'une lignée de cellules souches embryonnaires pour imiter le cœur battant d'un embryon et les conditions de circulation sanguine.

Elle a déclaré qu'au cours des dernières décennies, les ingénieurs biomédicaux ont essayé de fabriquer des cellules souches sanguines dans des plats de laboratoire pour résoudre le problème de la pénurie de cellules souches sanguines des donneurs. Mais personne n'a encore réussi à y parvenir.

"Une partie du problème est que nous ne comprenons toujours pas pleinement tous les processus qui se déroulent dans le microenvironnement pendant le développement embryonnaire et qui conduisent à la création de cellules souches sanguines vers le 32e jour du développement embryonnaire", a déclaré le Dr Li.

"Nous avons donc créé un appareil imitant les battements du cœur et la circulation sanguine, ainsi qu'un système d'agitation orbitale qui provoque une contrainte de cisaillement - ou une friction - des cellules sanguines lorsqu'elles se déplacent dans l'appareil ou dans une boîte."

Ces systèmes ont favorisé le développement de cellules souches sanguines précurseurs qui peuvent se différencier en divers composants sanguins - globules blancs, globules rouges, plaquettes et autres. Ils étaient ravis de voir ce même processus, connu sous le nom d'hématopoïèse, reproduit dans l'appareil.

Le co-auteur de l'étude, le professeur agrégé Robert Nordon, s'est dit étonné que non seulement l'appareil ait créé des précurseurs de cellules souches sanguines qui ont ensuite produit des cellules sanguines différenciées, mais qu'il ait également créé les cellules tissulaires de l'environnement cardiaque embryonnaire qui est crucial pour ce processus. .

"Ce qui m'impressionne à ce sujet, c'est que les cellules souches sanguines, lorsqu'elles se forment dans l'embryon, se forment dans la paroi du vaisseau principal appelé l'aorte. Et elles sortent essentiellement de cette aorte et entrent dans la circulation, puis aller au foie et former ce qu'on appelle une hématopoïèse définitive, ou formation de sang définitive.

"Faire en sorte qu'une aorte se forme, puis que les cellules sortent réellement de cette aorte dans la circulation, c'est l'étape cruciale requise pour générer ces cellules."

"Ce que nous avons montré, c'est que nous pouvons générer une cellule qui peut former tous les différents types de cellules sanguines. Nous avons également montré qu'elle est très étroitement liée aux cellules qui tapissent l'aorte - nous savons donc que son origine est correcte - et qu'il prolifère", A/Prof. dit Nordon.

Les chercheurs sont prudemment optimistes quant à leur réussite dans l'émulation des conditions cardiaques embryonnaires avec un dispositif mécanique. Ils espèrent que cela pourrait être une étape vers la résolution des défis qui limitent aujourd'hui les traitements médicaux régénératifs :pénurie de cellules souches du sang des donneurs, rejet des cellules des tissus des donneurs et problèmes éthiques entourant l'utilisation des embryons de FIV.

"Les cellules souches sanguines utilisées dans la transplantation nécessitent des donneurs avec le même type de tissu que le patient", a / Prof. dit Nordon.

"La fabrication de cellules souches sanguines à partir de lignées de cellules souches pluripotentes résoudrait ce problème sans avoir besoin de donneurs compatibles avec les tissus fournissant un approvisionnement abondant pour traiter les cancers du sang ou les maladies génétiques."

Le Dr Li a ajouté :"Nous travaillons à la fabrication à plus grande échelle de ces cellules à l'aide de bioréacteurs."

Mystère résolu

Pendant ce temps, et travaillant indépendamment du Dr Li et du Prof. Nordon, le professeur John Pimanda de UNSW Medicine &Health et le Dr Vashe Chandrakanthan menaient leurs propres recherches sur la façon dont les cellules souches sanguines sont créées dans les embryons.

Dans leur étude sur des souris, les chercheurs ont recherché le mécanisme utilisé naturellement chez les mammifères pour fabriquer des cellules souches sanguines à partir des cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins, appelées cellules endothéliales.

"On savait déjà que ce processus se déroule dans les embryons de mammifères où les cellules endothéliales qui tapissent l'aorte se transforment en cellules sanguines pendant l'hématopoïèse", a déclaré le professeur Pimanda. "Mais l'identité des cellules qui régulent ce processus était jusqu'à présent un mystère."

Dans leur article, le professeur Pimanda et le Dr Chandrakanthan ont décrit comment ils ont résolu ce casse-tête en identifiant les cellules de l'embryon qui peuvent convertir les cellules endothéliales embryonnaires et adultes en cellules sanguines. Les cellules, connues sous le nom de "cellules stromales PDGFRA+ dérivées de Mesp1", résident sous l'aorte et n'entourent l'aorte que dans une fenêtre très étroite pendant le développement embryonnaire.

Le Dr Chandrakanthan a déclaré que connaître l'identité de ces cellules fournit aux chercheurs médicaux des indices sur la façon dont les cellules endothéliales adultes de mammifères pourraient être déclenchées pour créer des cellules souches sanguines, ce qu'ils sont normalement incapables de faire.

"Nos recherches ont montré que lorsque les cellules endothéliales de l'embryon ou de l'adulte sont mélangées avec des" cellules stromales PDGFRA + dérivées de Mesp1 ", elles commencent à fabriquer des cellules souches sanguines", a-t-il déclaré.

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires avant que cela puisse être traduit en pratique clinique, y compris la confirmation des résultats dans les cellules humaines, la découverte pourrait fournir un nouvel outil potentiel pour générer des cellules hématopoïétiques greffables.

"L'utilisation de vos propres cellules pour générer des cellules souches sanguines pourrait éliminer le besoin de transfusions sanguines de donneurs ou de greffes de cellules souches. Le déverrouillage des mécanismes utilisés par la nature nous rapproche un peu plus de la réalisation de cet objectif", a déclaré le professeur Pimanda. + Explorer plus loin

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