Avant même qu'ils puissent pomper du sang, les coeurs de bébé ont besoin de rythme

Une étude publiée dans la revue Biomatériaux constate que la pulsation rythmique des cellules du muscle cardiaque est une force motrice dans la formation initiale des valvules cardiaques.

Le c?ur se forme comme un simple tube de tissu en forme de U, composé de trois couches.

Une couche de cellules musculaires cardiaques commence à clignoter avant même la formation des vaisseaux sanguins. Sous le muscle se trouve une couche de «gelée cardiaque», en dessous de laquelle se trouve une couche de cellules endothéliales qui se transformeront en cellules interstitielles valvulaires (CIV).

Lorsque les valvules cardiaques se forment, les cellules endothéliales se nichent dans des coussins de gelée cardiaque.

Les cellules endothéliales se transforment en CIV et ces cellules coordonnent la transformation de la gelée cardiaque en deux ou trois lambeaux (appelés "feuillets") qui composent la valve et contrôlent le flux sanguin vers le c?ur en s'ouvrant et en se fermant.

Les valvules cardiaques sont sensibles aux maladies, au cancer, au vieillissement, aux crises cardiaques et aux malformations congénitales. Chaque année, environ 40 000 bébés naissent avec des malformations cardiaques congénitales aux États-Unis. La création d'une valvule cardiaque de travail pouvant être utilisée chez les patients ayant subi une transplantation est une priorité depuis un certain temps.

Les valves artificielles existent actuellement, mais elles sont fabriquées à partir de plastique, de sorte que les enfants nés avec des malformations cardiaques congénitales doivent subir de multiples interventions chirurgicales pour être remplacés à mesure qu'ils grandissent.

Des valves cardiaques artificielles en croissance à partir de cellules humaines

La solution recherchée par les chercheurs à l’origine de cette nouvelle étude consiste à créer une valve artificielle à partir de cellules humaines qui se développera avec l’enfant.

«Au cours des 15 dernières années, les gens ont essayé de créer une valve cardiaque à partir de tissus artificiels sans succès», déclare W. David Merryman, professeur adjoint de génie biomédical à l’Université Vanderbilt de Nashville, TN.

"Nous avons décidé de faire un pas en arrière et d'étudier comment les valvules cardiaques se développent naturellement afin de pouvoir reproduire le processus."

Pour ce faire, le professeur Merryman a dirigé une équipe d’ingénieurs, de scientifiques et de cliniciens dans une série d’expériences sur les c?urs de poulet. La plupart des valves cardiaques des animaux traversent leur cycle environ un milliard de fois au cours de leur vie, mais les valves cardiaques du poulet et de l'homme - qui se développent de la même manière - font 2 à 3 milliards de fois.

Au printemps 2012, l'équipe de Vanderbilt a annoncé avoir identifié des gènes et des voies moléculaires précédemment inconnus associés à la formation de valves de santé. Leur dernier travail - examiner les "forces mécaniques" influençant la formation des valvules cardiaques - complète les lacunes dans les connaissances de l'équipe.

"L'étude génétique nous a fourni la liste des composants de base - le matériel nécessaire pour construire une valvule cardiaque - et cette dernière étude nous fournit les informations dont nous avons besoin sur l'environnement requis", déclare le professeur Joey Barnett, co-directeur. enquêteur sur le projet.

"Avec cette information, nous devrions avoir ce dont nous avons besoin pour créer des cellules interstitielles valvulaires, qui sont les éléments de base des valves cardiaques."

Les cellules rythmiques battantes aident les valvules cardiaques à se former

Une procédure standard pour observer les premiers stades du développement du c?ur consiste à extraire le c?ur d'un poussin - à l'endroit où il a la taille et la forme d'une virgule sur une page imprimée - et à le placer dans un plat de culture cellulaire avec du gel de collagène.

Mais cela ne suffisait pas pour étudier les forces mécaniques impliquées dans la formation des valves.

Les chercheurs ont voulu mesurer la pulsation des cellules cardiaques pour voir comment cela influençait la formation des valves. Ils ont donc créé un programme informatique qui analysait les séquences d'images microscopiques à la surface du gel.

"Nous avons découvert que les forces mécaniques jouent un rôle important dans la création d'un c?ur de bébé", explique Mary Kathryn Sewell-Loftin, une étudiante diplômée de Vanderbilt qui a créé le programme informatique.

En étudiant les emplacements sur la carte informatique où les CIV ont été formés, l'équipe a déterminé que les CIV se forment de préférence dans les zones de "forte contrainte" causées par l'expansion et la contraction rythmiques des cellules musculaires cardiaques.

"La découverte que les déformations produites par les cellules musculaires cardiaques battantes sont importantes fournit une perspective entièrement nouvelle sur le processus", explique le professeur Merryman.

Ensuite, l'équipe de Vanderbilt travaillera avec un chercheur sur les cellules souches pour produire ses propres cellules endothéliales, dont elle espère qu'elles pourront produire des CIV humaines. Une fois qu'ils ont les CIE, les chercheurs croient qu'ils devraient pouvoir cultiver des valvules cardiaques humaines artificielles dans un bioréacteur.

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