Des ondes sonores de haute intensité forment une plateforme pour la médecine régénérative

Ce n'est pas tous les jours que vous tombez par hasard sur une réponse potentielle à l'un des obstacles les plus importants de la médecine régénérative: comment générer un échafaudage cellulaire pour l'ingénierie tissulaire. Mais c'est exactement ce que des chercheurs de l'Université de Washington ont découvert par inadvertance.
La nouvelle technique pourrait être utilisée pour décellulariser les tissus pour l'ingénierie tissulaire et la médecine régénérative.

La médecine régénératrice est un domaine de la médecine révolutionnaire ayant le potentiel de guérir les tissus et organes endommagés, offrant des solutions et de l'espoir aux personnes souffrant de maladies actuellement irréparables. Cependant, pour pouvoir utiliser de nouvelles cellules ou de nouveaux organes, il faut un réseau de soutien capable de fonctionner comme une coque structurelle.

Les stratégies dans le domaine de l'ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative utilisent souvent des échafaudages 3D pour imiter la matrice extracellulaire naturelle. Cette matrice est utilisée comme gabarit structurel qui supporte l'adhésion, la migration, la différenciation et la prolifération des cellules, et fournit des indications pour la formation de néo-tissus.

L’équipe de l’Université de Washington a rencontré la nouvelle technique pour concevoir un échafaudage cellulaire naturel pour la médecine régénérative tout en testant une méthode pour éliminer les tumeurs cancéreuses.

Les chercheurs étudiaient l'histotripsie à l'ébullition - une technique qui utilise des ondes ultrasonores de haute intensité d'une milliseconde pour séparer les tissus - afin de liquéfier les tumeurs cancéreuses avec des ondes ultrasonores.

Les lésions d'histotripsie à l'ébullition ont été produites dans un foie de bovin avec un système clinique MR-HIFU à 1,2 MHz (Sonalleve, Philips, Finlande), utilisant 30 impulsions de 10 ms et des fréquences de répétition des impulsions de 1 à 10 Hz. Des puissances acoustiques maximales correspondant à une amplitude de choc frontale estimée de 65 MPa ont été utilisées.

La technique pourrait ouvrir la voie à la médecine régénérative

Les chercheurs expliquent que les ondes sonores de haute puissance inférieures à 20 Hz, la limite de fréquence inférieure de l’audition humaine, sont ressenties dans le corps mais ne sont pas entendues par l’oreille humaine en tant que son.

Après la destruction des tumeurs par le son, le corps doit les éliminer du corps sous forme de déchets cellulaires. Cependant, à l'examen des tissus "décellularisés", l'ébullition avait laissé une structure fibreuse intacte.

Yak-Nam Wang, ingénieur principal au Laboratoire de physique appliquée de l'Université de Washington, a déclaré:

"Dans certaines de nos expériences, nous avons découvert qu'une partie du tissu stromal et du système vasculaire étaient laissés pour compte. Nous avons donc eu l'idée de l'utiliser pour décellulariser les tissus en vue de l'ingénierie tissulaire et de la médecine régénérative."

Le cadre qui reste après la décellularisation des tissus est identifié comme la matrice extracellulaire, un réseau fibreux qui offre un échafaudage pour les cellules en croissance.

Les tissus et organes décellularisants impliquent souvent l'utilisation de traitements chimiques et enzymatiques. Cette méthode prend plusieurs jours et peut endommager les tissus et les fibres.

L'histotripsie, en revanche, exerce une décellularisation rapide des tissus avec un minimum de dommages à la matrice.

"En génie tissulaire, l'un des Saint-Graal est de développer des structures biomimétiques afin de pouvoir remplacer les tissus par des tissus natifs", explique Wang.

"L'élimination des cellules de tissus déjà développés pourrait constituer un bon candidat pour ces structures, car la matrice extracellulaire sert déjà de cadre cellulaire pour les systèmes tissulaires", ajoute-t-il.

En raison de la composition nue du squelette de la matrice, seule une faible réponse immunitaire est induite par l'hôte. Théoriquement, la matrice pourrait être nourrie de cellules souches provenant de la personne pour repousser efficacement un organe.

"L'autre pensée est que peut-être vous pourriez simplement implanter la matrice extracellulaire et ensuite le corps lui-même auto-grainerait les tissus, si ce n'est qu'un petit morceau de tissu que vous remplacez", théorise Wang. "Vous n'aurez aucun problème immunitaire, et parce que votre échafaud biomimétique est plus proche du tissu natif, la guérison serait meilleure et le corps le reconnaîtrait comme un tissu normal."

La technique, présentée à la 168ème réunion de l’Acoustical Society of America, qui s’est tenue du 27 au 31 octobre 2014 à l’hôtel Indianapolis Marriott Downtown, pourrait ouvrir de nombreuses portes à la médecine régénérative.

Les investigations actuelles de Wang portent sur la décellularisation des tissus rénaux et hépatiques des grands animaux. Les travaux futurs de l'équipe consistent à augmenter la taille des tissus décellularisés et à évaluer leur efficacité régénératrice in vivo.

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