Premiers pas pour régénérer des membres entiers

Les premières étapes vers le développement de membres de remplacement «bioartificiels» adaptés à la transplantation auraient été prises par une équipe du Massachusetts General Hospital à Boston, qui a écrit sur leur travail avec un modèle animal dans la revue. Biomatériaux.
Les chercheurs ont retiré les tissus des membres antérieurs des rats, mais ont préservé la matrice vasculaire primaire et la matrice nerveuse.
Crédit d'image: Dr. Bernhard Jank / Ott Laboratory

Plus de 1,5 million d'Américains ont perdu un membre. Les membres prothétiques ont considérablement progressé en termes de fonction et d’apparence, mais les auteurs du nouveau document reconnaissent que les dispositifs ont encore de nombreuses limitations.

Certains patients au cours des 20 dernières années ont reçu des greffes de main de donneurs, mais cette procédure s'accompagne de risques à vie associés au traitement immunosuppresseur.

Ce problème pourrait être résolu en utilisant les propres cellules progénitrices du patient pour régénérer le tissu d'un nouveau membre - plutôt que de compter sur un donneur - mais une matrice ou un échafaudage approprié doit encore être conçu pour que les scientifiques puissent développer le nouveau tissu. .

"La nature composite de nos membres rend la construction d'un substitut biologique fonctionnel particulièrement difficile", explique le Dr Harald Ott, auteur principal du Département de chirurgie du Massachusetts General Hospital et le Center for Regenerative Medicine.

Dr. Ott continue:

«Les membres contiennent des muscles, des os, des cartilages, des vaisseaux sanguins, des tendons, des ligaments et des nerfs. Chacun d’entre eux doit être reconstruit et nécessite une structure spécifique appelée matrice. Nous avons montré que nous pouvions maintenir la matrice de tous ces tissus. leurs relations naturelles les uns avec les autres, que nous pouvons cultiver la construction entière sur des périodes de temps prolongées, et que nous pouvons repeupler le système vasculaire et la musculature. "

Dans des modèles animaux, le Dr Ott et ses collègues ont déjà réussi à régénérer les reins, le foie, les coeurs et les poumons en utilisant une solution détergente pour éliminer les cellules vivantes de l'organe donneur, qui est ensuite repeuplé avec des cellules progénitrices appropriées.

Cependant, la nouvelle étude représente la première utilisation de cette technique pour concevoir un membre bioartificiel, qui est plus complexe.

Le matériel cellulaire a été enlevé des membres des rats morts, mais la matrice nerveuse a été préservée

Chez les rats décédés, les chercheurs ont enlevé le matériel cellulaire des membres antérieurs des animaux au cours d'une semaine, tout en conservant la matrice vasculaire primaire et la matrice nerveuse. Ce matériau restant constituait une structure pour tous les tissus composites requis par le membre.

Cette matrice des pattes avant a ensuite été peuplée par des cultures de cellules musculaires et vasculaires dans un bioréacteur. Les cellules vasculaires ont été injectées dans l'artère principale du membre afin de régénérer les veines et les artères. Les cellules progénitrices, quant à elles, ont été injectées dans des gaines dans la matrice qui définissent les positions musculaires.

Le membre a été stimulé électriquement après 5 jours pour encourager la formation musculaire. Après 2 semaines, le membre a été retiré du bioréacteur. Les chercheurs ont constaté que la stimulation électrique entraînait une contraction des nouvelles fibres musculaires avec une force de 80% de celle d'un rat nouveau-né.

Lorsque les membres antérieurs ont été transplantés chez des rats receveurs, le sang a rapidement commencé à circuler dans le nouveau membre, et lorsque les muscles de la greffe ont été stimulés électriquement, les poignets et les articulations numériques des pattes des rats ont fléchi de manière appropriée.

L'équipe a également décellularisé les avant-bras de babouin avec succès, ce qui, selon les auteurs, confirme la possibilité d'utiliser cette technique à une échelle similaire à celle des patients humains.

Cependant, les chercheurs sont toujours confrontés au défi de réintégrer les nerfs régénérés d'un membre régénéré dans le système nerveux du receveur.

"En transplantation clinique de membre, les nerfs repoussent dans le greffon, ce qui permet à la fois un mouvement et une sensation, et nous avons appris que ce processus est largement guidé par la matrice nerveuse à l'intérieur du greffon", explique le Dr Ott.

Le Dr Ott espère que la même logique s'appliquera aux greffes bioartificielles. Ensuite, l'équipe tentera la régénération musculaire en utilisant des cellules humaines, avant d'étendre le processus à l'os humain, au cartilage et au tissu conjonctif.

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