Les cellules cardiaques humaines cultivées en laboratoire constituent un outil puissant pour comprendre et éventuellement traiter les maladies cardiaques. Cependant, les méthodes de production de cellules cardiaques humaines à partir de cellules souches pluripotentes ne sont pas optimales. Heureusement, une nouvelle étude de l’Université du Wisconsin-Madison Centre de cellules souches et de médecine régénérative fournit des informations clés qui aideront les chercheurs à cultiver des cellules cardiaques à partir de cellules souches.
La recherche, publiée récemment dans eVie, étudie le rôle des protéines de la matrice extracellulaire (ECM) dans la génération de cellules cardiaques dérivées de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC). L’ECM remplit l’espace entre les cellules, fournissant un soutien structurel et régulant la formation des tissus et des organes. Avec une meilleure compréhension de la MEC et de son impact sur le développement cardiaque, les chercheurs pourront développer plus efficacement des cellules musculaires cardiaques, appelées cardiomyocytes, qui pourraient être utiles pour la réparation, la régénération et la thérapie cellulaire cardiaques.
“L’impact de l’ECM sur la génération de hPSC-cardiomyocytes a été largement ignoré”, déclare Jianhua Zhang, chercheur principal au Stem Cell and Regenerative Medicine Center. “Mieux nous comprenons comment les facteurs solubles ainsi que les protéines ECM fonctionnent dans la culture cellulaire et la différenciation, plus nous nous rapprochons de nos objectifs.”
Des chercheurs comme Zhang ont cherché à améliorer la différenciation des hPSC en cardiomyocytes, ou la capacité à prendre des hPSC, qui peuvent s’auto-renouveler indéfiniment en culture tout en conservant la capacité de devenir presque n’importe quel type de cellule dans le corps humain et de les transformer en muscle cardiaque. cellules. Pour étudier le rôle de l’ECM dans la promotion de cette différenciation cardiaque des hPSC, Zhang a testé une variété de protéines pour voir leur impact sur la croissance et la différenciation des cellules souches – en particulier, les protéines ECM, notamment la laminine-111, la laminine-521, la fibronectine et le collagène.
« Notre étude a montré que les protéines ECM jouent un rôle important dans l’adhésion, la croissance et la différenciation cardiaque des hPSC. Et la fibronectine joue un rôle essentiel et est indispensable dans la différenciation cardiaque hPSC », explique Zhang. “En comprenant les rôles de l’ECM, cette étude aidera à développer des méthodes et des protocoles plus robustes pour la génération de hPSC-CM. De plus, cette étude aide non seulement dans le domaine de la différenciation cardiaque, mais également à d’autres différenciations de lignée.
Bien que la nouvelle étude fournisse des informations importantes sur le développement des cellules cardiaques, elle s’appuie sur une étude de 2012 Zhang a dirigé qui a examiné la manière la plus efficace de développer la différenciation cardiaque des cellules souches.
“Cette étude est en fait un article de suivi de la méthode Matrix Sandwich que nous avons développée pour une différenciation cardiaque efficace des hPSC”, déclare Zhang. « Afin de cultiver les cellules souches, nous avions besoin d’une couche d’ECM au bas de la plaque. Sinon, les cellules souches ne se fixeraient pas à la plaque. Nous ajoutions ensuite une autre couche d’ECM au-dessus des cellules souches en croissance, et nous avons constaté que cela aidait à promouvoir la différenciation la plus efficace.
S’il était clair que cette méthode de stratification, ou sandwich, différenciait plus efficacement et de manière reproductible les hPSC-cardiomyocytes, les chercheurs ne comprenaient pas entièrement pourquoi. La nouvelle étude explique pourquoi les couches ECM sont cruciales et identifie la fibronectine comme une protéine ECM clé dans le développement des hPSC-cardiomyocytes.
“La partie la plus excitante de cette étude est que je comprends maintenant pourquoi la méthode Matrix Sandwich a fonctionné. Nous avons pu identifier la fibronectine et ses récepteurs d’intégrine ainsi que les voies de signalisation en aval dans cette étude », explique Zhang. “Avec une meilleure compréhension des rôles de l’ECM dans la croissance des cellules souches et la différenciation cardiaque, nous espérons maintenant étudier les rôles de la fibronectine et d’autres protéines ECM dans la promotion de la transplantation de hPSC-cardiomyocytes pour la thérapie cellulaire.”
La prochaine étape pourrait aider les chercheurs à réaliser le plein potentiel de l’utilisation des hPSC-cardiomyocytes pour la modélisation des maladies, le dépistage des médicaments, la régénération cardiaque et la thérapie cellulaire. Ceci est très significatif pour Zhang, qui a commencé à travailler dans la recherche cardiovasculaire il y a plus de 16 ans.
“Je me suis intéressé à la recherche sur les cellules souches et le cœur lorsque j’ai commencé à travailler avec les cellules souches et que je les ai vues se transformer en cellules cardiaques battant dans une boîte de culture cellulaire sous un microscope”, explique Zhang. “C’était incroyable. Je me consacre de plus en plus à cette recherche et je vois vraiment le potentiel de l’utilisation des technologies des cellules souches pour guérir les maladies et améliorer notre santé.
