De la peau imprimée en 3D en moins de 30 minutes

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J’étais encore lycéen quand durant une partie de l’été je trouvai un emploi comme aide-infirmier dans le service de brûlés d’un grand hôpital lyonnais. J’en garde un souvenir très vivace et chaque fois qu’il m’arrive de lire un article à propos des brûlures, souvent mortelles comme je pus le constater lors de ce difficile et éprouvant travail, ma curiosité s’aiguise et c’est l’objet de ce présent billet.

L’utilisation de l’impression 3D en médecine a fait ses premiers pas avec celle d’un pavillon d’oreille puis d’une partie d’un sternum. C’est maintenant au tour de la peau d’entrer dans le registre de cette technologie puissante dont les principes de base sont également appliqués pour construire des maisons en béton en quelques heures. La peau n’est pas un organe simple contrairement à ce que l’on pourrait penser car sa structure est critiquement organisée pour d’un côté être en contact avec l’extérieur et de l’autre côté avec l’organisme d’où proviennent l’oxygène et les nutriments véhiculés par le sang. La peau est ainsi constituée de trois couches distinctes, l’épiderme dont le rôle est une protection relativement efficace contre les agressions extérieures, le derme, vascularisé et innervé et enfin l’hypoderme directement en contact avec le reste du corps. Les brûlures détruisent cette structure complexe et il s’en suit souvent des infections difficiles à contrôler qui entravent la régénération de la peau. L’Organisation Mondiale de la Santé estime que chaque année 11 millions de personnes sont hospitalisées à la suite de brûlures et plus de 250000 en meurent quand le pourcentage de peau endommagée dépasse 60 % de la surface totale du corps.

Les auto-greffes, c’est-à-dire le prélèvement de peau saine du brûlé pour l’appliquer sur les parties meurtries, sont parfois insuffisantes ou peuvent par ce geste médical mettre en danger la vie du patient. La greffe de peau de donneur constitue un pansement temporaire car il y a toujours un rejet à terme et le temps passé est le plus souvent compté durant un combat contre la mort. Une autre approche est l’utilisation de fibrinogène, un constituant du sang facilement accessible qui va se transformer ensuite en un film de fibrine, également comme pansement temporaire mais la reconstruction de la peau n’est pas un processus rapide. Compte tenu de la très bonne tolérance de l’organisme au fibrinogène l’équipe du département de bioengineering de l’UC3M, Université Carlos III de Madrid, a appliqué cette propriété du fibrinogène pour reconstituer le derme et l’épiderme à l’aide, donc, d’une couche de fibrinogène diluée dans du plasma dans laquelle a été dispersée une couche de fibroblastes puis une couche de kératinocytes préalablement cultivés in vitro à partir d’une biopsie de peau humaine.

Des souris génétiquement « humanisées » afin qu’elles ne rejettent pas cette peau artificiellement reconstituée à partir de cellules humaines ont été utilisées comme modèles pour valider la technique de bio-impression 3D. Le facteur temporel limitant au cours de ce processus de production à grande échelle de peau est celui de la gélification du fibrinogène en fibrine initiée par du chlorure de calcium. En trente minutes il est possible de produire un film mimant la peau d’une surface de 100 cm2. Après quelques heures d’incubation le film peut être greffé sur le dos d’une souris « humanisée » dont une partie de la peau a été prélevée et deux semaines plus tard la peau s’est reconstituée. Cette technique présente cependant une limitation : il faut préalablement cultiver des fibroblastes, une technologie maitrisée depuis longtemps, mais aussi cultiver des kératinocytes, une technique délicate également améliorée dans le laboratoire du Docteur Jose L. Jorcano de l’UC3M. Il faut espérer que, maintenant validée, cette approche permettra de sauver des vies car la vascularisation au niveau de la couche de fibrine de cette peau imprimée est très rapide.

Source : Biofabrication, doi : 10.1088/1758-5090/9/1/015006 aimablement communiqué par le Docteur Diego Velasco Bayon, Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) qui est vivement remercié ici.

Voir aussi la vidéo : https://youtu.be/NNOoHC_v5Tw

L’élixir de jouvence pour bientôt ? Pas si sûr

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Quand en 2006, il y a déjà 10 ans … comme le temps passe vite, les Docteurs Takahashi et Yamanaka de l’Université de Kyoto publièrent leurs travaux sur l’induction de cellules souches à partir de n’importe quelles cellules adultes la presse salua cette découverte comme pouvant constituer un futur élixir de jouvence. Il s’agissait de 4 facteurs dits de transcription appelés depuis les « molécules de Yamanaka ». Ces travaux concernaient alors des cellules en culture et l’extrapolation sur des animaux vient tout juste d’être décrite sur des souris dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire d’expression génique du Salk Institute à La Jolla en Californie et trois Universités espagnoles.

Il s’est agi de tenter de rajeunir des souris génétiquement modifiées pour reproduire le syndrome d’Hutchinson-Gilford décrit chez l’homme. C’est une maladie génétique rare dont le symptôme majeur est un vieillissement accéléré tant au niveau cellulaire que tissulaire. La progéria – c’est son nom médical – est mortelle et aucun enfant atteint n’a jamais survécu plus de quelques années. Les biologistes du Salk Institute se sont donc fait la main sur des cellules humaines de patients souffrant de cette maladie et ont démontré que les facteurs de Yamanaka réversaient au niveau cellulaire les effets de cette mutation ne modifiant pourtant qu’une seule protéine appelée lamine qui intervient en particulier dans l’intégrité du noyau cellulaire et donc de l’ADN.

 

Les souris modèles présentant ce syndrome, une mutation sur le gène de la lamine, ont été reprogrammées à l’aide d’une molécule chimique simple pour sur-exprimer les 4 facteurs de Yamanaka et elles ont été presque complètement guéries. Une sorte de contrôle avec des souris normales également reprogrammées pour exprimer également ces 4 facteurs ont vécu beaucoup plus longtemps, toutes proportions gardées comme si un être humain vivait allègrement plus de 150 ans … Mais il n’y a rien sensationnel dans cette étude scientifique très complexe dont certains médias se sont emparés pour créer de faux espoirs. Les 4 facteurs de Yamanaka sont des facteurs de transcription, faut-il le répéter, et l’expression de leurs gènes doit être stimulée à l’aide de doxycycline, un antibiotique de la famille des tétracyclines. Les souris ont été traitées 2 jours par semaine avec cet antibiotique dès l’âge de 8 semaines jusqu’à leur mort et le résultat qu’on peut qualifier de spectaculaire ne doit en rien être interprété comme pouvant conduire à une application thérapeutique anti-vieillissement pour l’homme car il ne faut pas oublier que l’induction des facteurs de Yamanaka (Oct4, Sox2, Klf4 et c-Myc dans la figure) peut aussi avoir des effets tératogènes, en d’autres termes l’apparition de très méchantes tumeurs indifférenciées. Il faudra probablement attendre les résultats de nombreux essais cliniques sur le long terme avec des volontaires si possible courageux pour voir une application possible de ces travaux. Si les protocoles utilisés dans cette étude devaient être appliqués à l’homme il faudrait se traiter chaque semaine dès l’âge de 20 ans pour hypothétiquement voir sa vie prolongée dans de bonnes conditions physiques pour on ne sait pas trop combien d’années avec comme une épée de Damoclès le développement de cancers atypiques, le prix pour rester jeune ?

Source et illustration : Cell en accès libre, doi : 10.1016/j.cell.11.052

Des vaches « OGM » pour produire des immunoglobulines humaines

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Les Laboratoires SAB Biotherapeutics ont modifié génétiquement des vaches pour qu’elles expriment des anticorps humains. Ce ne sera pas la première fois qu’on utilise des animaux de la ferme pour traiter des maladies humaines. En 1890 le bactériologiste allemand Emil von Behring injecta la bactérie responsable de la diphtérie à des chevaux et utilisa ensuite le sérum de ces chevaux pour traiter des malades souffrant de diphtérie. Le problème est que l’organisme humain réagit contre les anticorps d’origine équine. Avec ces vaches d’un type particulier, ce problème est contourné puisqu’elles sont reprogrammées pour exprimer des anticorps en tous points identiques à ceux d’origine humaine. Les gènes des vaches codant pour leurs propres anticorps ont été « éteints » et remplacés par leurs homologues humains. Quand on injecte un virus à ces vaches elles vont produire des anticorps en tous points « humains » présentant l’avantage d’être comme on dit polyclonaux. Il suffit ensuite d’effectuer une plasmaphérèse sur la vache et de purifier ensuite ces anticorps.

L’avantage de cette technique est qu’elle est infiniment moins coûteuse que les anticorps dits monoclonaux de plus en plus utilisés en médecine pour traiter diverses maladies et produits à partir de souris génétiquement modifiées ou avec des cellules en culture. Elever des vaches dans le but de produire ces anticorps ne revient pas plus cher que produire du lait et le volume de sang d’une vache n’a rien à voir avec celui d’une souris et les capitaux mis en jeu sont sans aucune mesure avec ceux investis dans des installations de culture cellulaire industrielles. L’une des premières applications de ces vaches transgéniques a été la production d’immunoglobulines dirigées contre le virus Zika (illustration, source SAB) qui se sont révélées efficaces pour traiter cette maladie.

Une autre direction de recherche sur le point d’aboutir est la mise au point de chèvres modifiées selon la même méthode pour produire, cette fois dans leur lait, un vaccin dirigé contre le parasite de la malaria actif après ingestion du lait. Il n’est pas difficile de comprendre l’intérêt de tels animaux pour des pays pauvres où la malaria est endémique. Un certain nombre d’animaux transgéniques ont été approuvés par l’OMS mais il reste cependant à convaincre l’opinion publique viscéralement opposée et de manière irrationnelle aux animaux génétiquement modifiés et aux OGMs en général. Un autre frein provient des laboratoires pharmaceutiques eux-mêmes qui voient d’un mauvais oeil que de telles productions à bas coût envahissent le marché des médicaments dits « mab » vendus à prix d’or … Utiliser des animaux transgéniques en thérapeutique humaine en particulier dans ce créneau particulier des anticorps polyclonaux n’est plus qu’une question d’années sinon de mois.

Source : UC Davis, illustration SAB Biotherapeutics

Maladies neurodégénératives et troubles énergétiques

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En juillet dernier j’avais laissé un billet sur ce blog relatif aux bienfaits de la grenade ou pomegranate (voir le lien). Cette fois-ci des travaux récents réalisés à l’Université de Nottingham précisent indirectement le rôle éventuel des tannins présents dans le pomegranate sur les mécanismes du vieillissement, c’est du moins mon interprétation à la lecture de cet article paru dans la revue Aging (voir le lien). L’équipe du Docteur Lisa Chakrabarti a montré que lorsque les tissus vieillissent, que ce soit les muscles ou les neurones du cortex cérébral, les mitochondries expriment beaucoup plus un enzyme particulier qui participe au maintien de l’acidité du liquide cellulaire et pour les mitochondries du liquide baignant ces structures subcellulaires. Il s’agit de l’enzyme qui transforme le CO2 en bicarbonate.

Comme une centrale électrique brûlant du charbon, par exemple, la mitochondrie brûle également toutes sortes de produits dont en particulier du glucose pour produire de l’énergie. Ce processus entraine l’apparition de CO2 qui est immédiatement pris en charge pour être transformé en bicarbonate. Cette transformation CO2 + H2O -> H2CO3 est spontanée mais pas assez rapide pour préserver l’intégrité tant de la cellule vivante que des organites subcellulaires comme en particulier les mitochondries. L’enzyme impliqué dans cette réaction est appelé anhydrase carbonique et c’est probablement le plus actif en terme de rapidité de fonctionnement de tous les enzymes connus.

Quand les tissus vieillissent pourquoi donc cet enzyme particulier devient plus abondant ? C’est la question soulevée par les résultats de cette étude et aucune explication satisfaisante n’a pu encore être apportée. Selon le Docteur Chakrabarti avec qui j’ai eu un échange d’e-mails cette expression abondante d’anhydrase carbonique serait le reflet d’un dysfonctionnement de la mitochondrie au cours du vieillissement. Ce processus dont les causes ne sont pas encore exactement connues participe à la dégénérescence musculaire et à l’apparition de maladies neurodégénératives.

Source : http://www.aging-us.com 2016, Vol. 8, No. 10, pp 2425-2436

https://jacqueshenry.wordpress.com/2016/07/16/manger-des-grenades-cest-excellent-pour-la-forme-physique/

Après la brebis Dolly les Britanniques toujours à l’avant-garde

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Le Royaume-Uni va devenir le premier pays à autoriser les naissances d’enfants avec deux mères génétiques et un père géniteur. J’avais relaté sur ce blog cet évènement assez exceptionnel début octobre (lien ci-dessous). En théorie la micro-extraction du matériel génétique de la mère que contient l’ovocyte (ou ovule haploïde) et la réimplantation de ce même matériel provenant d’une autre mère afin d’éliminer les risques de maladies dues à une déficience de l’ADN mitochondrial conduit à un nouvel ovocyte sain qui pourra être fécondé avec des spermatozoïdes du père biologique. Ce genre de manipulation (photo ci-dessus) doit être réussi à 100 % afin d’être autorisé or une étude réalisée en Ukraine non pas pour réimplanter des oeufs fécondés, donc avec « deux » mères et un père, mais pour valider cette technique a montré que sur 15 embryons produits à partir d’ovocytes de mères saines dans lesquels ont été introduits les matériels génétiques d’ovocytes de 4 mères ayant des mitochondries défectueuses a abouti à trois embryons eux-mêmes défectueux. Que mes lecteurs se rassurent ces embryons ont été utilisés pour produire des cellules souches et ont donc été détruits.

Ce résultat indique donc qu’il existe au cours de la micro-manipulation un phénomène dit de « carry-over », en d’autres termes l’extraction du noyau haploïde n’est pas à 100 % exempt de mitochondries défectueuses. Comme le montre le cliché ci-dessus la manipulation elle-même à l’air propre et pourtant dans les cellules souches obtenues à partir de ces 15 embryons il y avait un défaut s’élevant à 20 % (3/15). Les instances gouvernementales britanniques ont donc autorisé les travaux de recherche dans ce domaine afin d’améliorer la technique pour pouvoir dans un avenir supposé proche obtenir un « zéro fautes » … L’approche préconisée par les autorités (HFEA, Human Fertilisation and Embryology Authority) est de trouver une mère donneuse d’ovocyte sain dont le patrimoine génétique (ADN nucléaire ou du noyau) est proche de celui de la mère déficiente et diffère seulement au niveau de l’ADN mitochondrial. On parle ici d’haplotype, un terme désignant les différences génétiques générales entre groupes humains.

L’enfant né au Mexique avec « deux mères », une mère génétique – la vraie mère – et une « mère mitochondriale », si on peut dire les choses ainsi, fait l’objet de toutes les attentions. Les travaux de recherche clinique à son sujet ont ainsi montré que les mitochondries défectueuses de sa mère génétique étaient absentes dans certains tissus mais présentes jusqu’à hauteur de près de 10 % dans d’autres tissus, ce qui indique donc que la technique est encore imparfaite et ce n’est pas parce qu’elle a été pratiquée au Mexique qu’elle est imparfaite mais que le concept expérimental n’est pas totalement « propre » et doit donc être amélioré. C’est ce qu’ont donc décidé les autorités britanniques. Affaire à suivre.

Source et illustration : Nature.com

https://jacqueshenry.wordpress.com/2016/10/01/un-bebe-avec-deux-mamans-et-un-papa/

Traitement de la drépanocytose avec le CRISPR ? Pas encore dans l’immédiat …

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Dans le cadre d’une brève collaboration avec un hôpital lyonnais je me souviens avoir purifié de l’hémoglobine d’un patient atteint de drépanocytose afin qu’il soit possible de procéder à des contrôles de routine dans cet hôpital. Et c’est en lisant un article paru dans Science Translational Medicine que je me suis souvenu de cet épisode sans lendemain de mes travaux de recherche. La drépanocytose est probablement la maladie génétique la plus répandue dans le monde puisque les estimations font état de plus de 50 millions de personnes dans le monde souffrant de cette altération de l’hémoglobine au niveau de la chaine beta de cette protéine se trouvant dans les hématies ou « globules rouges » et qui sert à transporter dans un sens l’oxygène et dans l’autre sens le CO2. Les hématies prennent alors une forme caractéristique en faucille qui altère leur libre circulation dans les capillaires outre le fait que la fixation d’oxygène est très légèrement réduite. L’aspect en pointe des hématies conduit à toutes sortes de désagréments, thromboses, ischémies, nécroses, qui peuvent être mortels. Il n’existe pas de traitement pour soigner cette maladie en dehors d’une greffe de moelle osseuse à partir d’un donneur compatible au niveau du système HLA. En France la drépanocytose est de très loin la première maladie génétique et constitue un problème sanitaire majeur dont on parle paradoxalement très peu et pour cause, elle concerne surtout les ressortissants français d’origine maghrébine.

Une équipe de biologistes de l’Université de Berkeley a synthétisé l’ARN guide de la chaine beta de l’hémoglobine pour utiliser l’outil moléculaire CRISPR-Cas9 dont j’ai souvent parlé dans ce blog afin d’éditer le gène normal de cette protéine qui a subi une seule mutation conduisant à la maladie. Ils ont prélevé du sang d’un malade et isolé les cellules précurseurs qui conduisent aux hématies. Puis ils ont soumis ces cellules mélangées au CRISPR-Cas9 contenant l’ARN-guide et l’ADN codant pour la chaine beta normale de l’hémoglobine à un choc électrique pour que ce complexe relativement encombrant puisse pénétrer à l’intérieur de ces cellules.

Environ un quart des cellules fut transformé avec succès. Elles furent alors injectées dans la moelle osseuse de souris et il fallut attendre près de six semaines pour voir apparaître dans le sang des souris (traitées pour ne pas rejeter des hématies étrangères) des globules rouges contenant de l’hémoglobine humaine normale.

Le résultat n’a pas été fantastique puisque seulement 2 % des cellules ainsi modifiées a conduit à la production d’hémoglobine normale. Ce résultat relativement décevant reste tout de même encourageant car il pourrait être appliqué directement aux patients avec quelque chance de succès. Ce résultat, bien qu’ayant été indirectement obtenu à l’aide de souris comme intermédiaires, indique en outre que l’outil CRISPR-Cas9 n’a pas encore montré l’efficacité qu’on lui prêtait initialement. L’édition du gène ne se fait pas aussi précisément qu’on le pensait et les erreurs peuvent être particulièrement dangereuses dans le cadre d’applications thérapeutiques. Même une marge d’erreur de 0,1 % peut avoir de graves conséquences. Tout le problème du CRISPR est la petitesse de l’ARN-guide qui peut conduire le complexe vers des sites qui n’ont rien à voir avec le gène défectueux que l’on veut remplacer par un gène normal. Autant dire que les applications en thérapie médicale du CRISPR pour traiter la drépanocytose, une maladie génétique longtemps négligée, ainsi que d’autres types de maladies génétiques, nécessitent encore de nombreuses études au laboratoire.

Source : Science Translational Medicine

Autisme : c’est l’âge des parents qui en est la cause première !

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Une étude réalisée au Danemark portant sur 1 787 447 enfants nés entre 1978 et 2009 a permis d’établir une relation entre l’autisme,les troubles bipolaires et la schizophrénie chez les enfants et l’âge des parents lors de la conception de ces enfants. Autant l’âge de la mère que celle du père ont été étudiées ainsi que la différence d’âge entre père et mère.

Au delà de 28 ans la mère expose son enfant à l’autisme de manière significative alors que les troubles psychiatriques classés dans la catégorie de la schizophrénie semblent au contraire diminuer avec l’âge. Il en est de même pour l’âge du père, un facteur aggravant l’apparition de l’autisme chez l’enfant alors qu’encore une fois il n’y a pas de corrélation pour la schizophrénie et les troubles bipolaires.

Curieusement cette étude a également montré que la différence d’âge entre père et mère avait une incidence marquée dans l’apparition de ces troubles, cette fois-ci que ce soit pour l’autisme comme pour les troubles bipolaires ou la schizophrénie. Plus curieusement encore les femmes ayant des enfants très jeunes, moins de 25 ans, exposent ces derniers à des troubles psychiatriques du genre schizophrénie.

Dans les pays de l’OCDE, les femmes ont de plus en plus tendance à procréer tardivement, parfois au delà de 40 ans … Plutôt que d’incriminer les vaccins ou les pesticides pour expliquer l’apparition de l’autisme chez les enfants, ne faudrait-il pas reconsidérer la situation à la suite de cette étude parfaitement bien documentée qui démontre encore une fois que l’autisme est un symptôme apparaissant durant la vie in utero et est nullement lié à des facteurs environnementaux auxquels l’enfant peut être exposé après la naissance ? Il est clair que les « qualités »  tant de la conception que de la gestation sont des facteurs déterminants toujours selon cette étude …

Source et illustration : Evolution, Medicine and Public Health, doi: 10.1093/emph/eow023