Les cellules souches pluripotentes humaines, qui peuvent devenir tout autre type de cellule corporelle, possèdent un grand potentiel pour traiter un large éventail de maladies, y compris la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques et les lésions de la moelle épinière. Cependant, les scientifiques qui travaillent avec de telles cellules ont eu du mal à cultiver des quantités suffisantes pour effectuer des expériences, en particulier pour être utilisées dans des études humaines. En outre, la plupart des matériaux maintenant utilisés pour cultiver des cellules souches humaines comprennent des cellules ou des protéines provenant d'embryons de souris, qui contribuent à stimuler la croissance des cellules souches mais provoqueraient vraisemblablement une réaction immunitaire si elles étaient injectées chez un patient humain.

Pour remédier à ces problèmes, les ingénieurs chimiques MIT, les scientifiques des matériaux et les biologistes ont conçu une surface synthétique qui ne comprend pas de matériel animal étranger et permet aux cellules souches de rester en vie et de continuer à se reproduire pendant au moins trois mois. C'est aussi le premier matériau synthétique qui permet aux cellules individuelles de former des colonies de cellules identiques, ce qui est nécessaire pour identifier les cellules avec les traits désirés et a été difficile à atteindre avec les matériaux existants.

L'équipe de recherche, dirigée par les professeurs Robert Langer, Rudolf Jaenisch et Daniel G. Anderson, décrit le nouveau matériel dans le numéro du 22 août de Matériaux de la nature . Les premiers auteurs du document sont les associés postdoctoraux Ying Mei et Krishanu Saha.

Les cellules souches humaines peuvent provenir de deux sources: des cellules embryonnaires ou des cellules corporelles qui ont été reprogrammées dans un état immature. Cet état, connu sous le nom de pluripotence, permet aux cellules de se développer dans n'importe quel type de cellules corporelles spécialisées.

Cela permet également de traiter presque n'importe quel type de maladie qui implique des blessures dans les cellules. Les scientifiques pourraient développer de nouveaux neurones pour les patients atteints de lésions de la moelle épinière, par exemple, ou de nouvelles cellules productrices d'insuline pour les personnes atteintes de diabète de type 1.

Pour créer de tels traitements, les scientifiques devront pouvoir cultiver des cellules souches dans le laboratoire pendant une période prolongée, manipuler leurs gènes et cultiver des colonies de cellules identiques après avoir été génétiquement modifiées. Les surfaces de croissance actuelles, constituées d'un plat plastique recouvert d'une couche de gélatine et d'une couche de cellules ou de protéines de souris, sont notoirement inefficaces, explique Saha, qui travaille dans le laboratoire de Jaenisch à l'Institut Whitehead pour la recherche biomédicale.

"Pour la thérapeutique, vous avez besoin de millions et de millions de cellules", explique Saha. "Si nous pouvons faciliter la division et la croissance des cellules, cela aidera vraiment à obtenir le nombre de cellules dont vous avez besoin pour faire toutes les études sur la maladie Que les gens sont enthousiasmés."

Des études antérieures ont suggéré que plusieurs propriétés chimiques et physiques des surfaces - y compris la rugosité, la rigidité et l'affinité pour l'eau - pourraient jouer un rôle dans la croissance des cellules souches. Les chercheurs ont créé environ 500 polymères (longues chaînes de molécules répétées) qui ont varié dans ces traits, ont développé des cellules souches sur eux et analysé la performance de chaque polymère. Après avoir corrélé les caractéristiques de surface avec la performance, ils ont constaté qu'il y avait une gamme optimale d'hydrophobicité de la surface (comportement hydrofuge), mais la rugosité et la rigidité variables n'ont pas eu beaucoup d'effet sur la croissance cellulaire.

Ils ont également ajusté la composition des matériaux, y compris les protéines incorporées dans le polymère. Ils ont constaté que les meilleurs polymères contiennent un pourcentage élevé d'acrylates, un ingrédient commun dans les plastiques, et ont été revêtus d'une protéine appelée vitronectine, ce qui encourage les cellules à attacher aux surfaces.

En utilisant leur matériel le plus performant, les chercheurs ont des cellules souches (à la fois embryonnaires et pluripotentes induites) pour continuer à croître et à se diviser jusqu'à trois mois. Ils ont également été en mesure de générer de grandes quantités de cellules - en millions.

Les chercheurs du MIT espèrent raffiner leurs connaissances pour les aider à fabriquer des matériaux adaptés à d'autres types de cellules, explique Anderson, du Département de génie chimique du MIT, de la Division des sciences et technologies de la santé de Harvard-MIT et de l'Institut David H. Koch pour Recherche intégrée sur le cancer "Nous voulons mieux comprendre les interactions entre la cellule, la surface et les protéines, et définir plus clairement ce qu'il faut pour que les cellules se développent", dit-il.

Remarques:

D'autres auteurs du MIT du journal sont Said Bogatyrev, Z. Ilke Kalcioglu, Maisam Mitalipova, Neena Pyzocha, Fredrick Rojas et Krystyn Van Vliet. Jing Yang, Andrew Hook, Martyn Davies et Morgan Alexander de l'Université de Nottingham (Royaume-Uni) et Seung-Woo Cho de l'Université Yonsei (Corée) sont également auteurs du document.

La source:

"Développement combinatoire des biomatériaux pour la croissance clonale des cellules souches pluripotentes humaines" par Ying Mei, Krishanu Saha, Said R. Bogatyrev, Jing Yang, Andrew L. Hook, Z. Ilke Kalcioglu, Seung-Woo Cho, Maisam Mitalipova, Neena Pyzocha, Fredrick Rojas, Krystyn J. Van Vliet, Martyn C. Davies, Morgan R. Alexander, Robert Langer, Rudolf Jaenisch et Daniel G. Anderson. Matériaux de la nature , 22 août 2010.

Source: Massachusetts Institute of Technology

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