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Three months after a heart attack, a monkey's heart was beating with the help of cells that began as ordinary blood cells in a laboratory dish. At Hanover Medical School, Ulrich Martin and Robert Zweigerdt have spent more than 20 years trying to repair damaged hearts with cells. Their latest study, published in Nature Communications, reports that the treatment improved heart function after three months in animals.
Trois mois après une crise cardiaque, le cœur d'un singe battait grâce à des cellules issues à l'origine de simples cellules sanguines, cultivées dans une boîte de laboratoire. À l'École de médecine de Hanovre, Ulrich Martin et Robert Zweigerdt consacrent plus de 20 ans à réparer des cœurs endommagés à l'aide de cellules. Leur dernière étude, publiée dans Nature Communications, indique que le traitement a amélioré la fonction cardiaque après trois mois chez les animaux.
When a heart attack strikes, the part of the heart muscle that loses its oxygen supply dies, and scar tissue takes its place. The damage can lead to chronic heart failure. The Hanover team does not inject single cells. It injects small clusters of human heart muscle cells, produced in bioreactors from induced pluripotent stem cells, which are adult cells, such as blood cells, reprogrammed to become almost any cell type. The clusters form spherical aggregates, and the team expects more of them to stay in the heart and integrate into the muscle than would be the case with single cells.
Lors d'une crise cardiaque, la partie du muscle cardiaque privée d'oxygène meurt, et du tissu cicatriciel prend sa place. Ces lésions peuvent conduire à une insuffisance cardiaque chronique. L'équipe de Hanovre n'injecte pas de cellules isolées. Elle injecte de petits amas de cellules musculaires cardiaques humaines, produits dans des bioréacteurs à partir de cellules souches pluripotentes induites, c'est-à-dire des cellules adultes, comme des cellules sanguines, reprogrammées pour devenir presque n'importe quel type cellulaire. Ces amas forment des agrégats sphériques, et l'équipe s'attend à ce qu'un plus grand nombre d'entre eux restent dans le cœur et s'intègrent au muscle que ne le feraient des cellules isolées.
The experiments were run with the German Primate Centre in Göttingen, on Javanese macaques in which a heart attack had been induced. Mice were not suitable, because their hearts are much smaller and beat much faster than human hearts. Pigs have hearts closer to ours in size, but their immune systems reject human cells. In monkeys, the human cells grew and survived with appropriate immunosuppressive medication. After three months, extensive new human cardiac muscle fibers had formed. The transplant caused temporary cardiac arrhythmias, but its effect on heart function was positive over time.
Les expériences ont été menées avec le Centre allemand de primatologie de Göttingen, sur des macaques de Java chez lesquels une crise cardiaque avait été provoquée. Les souris ne convenaient pas, car leur cœur est beaucoup plus petit et bat beaucoup plus vite que celui de l'humain. Les porcs ont un cœur plus proche du nôtre par sa taille, mais leur système immunitaire rejette les cellules humaines. Chez les singes, les cellules humaines se sont développées et ont survécu grâce à un traitement immunosuppresseur approprié. Après trois mois, de nouvelles fibres musculaires cardiaques humaines s'étaient largement formées. La greffe a provoqué des arythmies cardiaques temporaires, mais son effet sur la fonction cardiaque s'est révélé positif avec le temps.
The team tested clusters from two iPSC lines, and only those from one of them improved heart function, although both produced grafts of similar size. Zweigerdt suggests that the contraction of the cells in culture is linked to their potential to help the heart, so the contractile force of the clusters should be checked before transplantation. The study does not yet allow conclusions about people, and Zweigerdt says so directly: human cells have their own human heart rate.
L'équipe a testé des amas issus de deux lignées de cellules iPSC, et seuls ceux de l'une d'elles ont amélioré la fonction cardiaque, bien que les deux aient produit des greffons de taille similaire. Zweigerdt avance que la contraction des cellules en culture est liée à leur potentiel d'aide au cœur ; la force contractile des amas devrait donc être vérifiée avant la greffe. L'étude ne permet pas encore de tirer des conclusions pour l'humain, et Zweigerdt le dit franchement : les cellules humaines ont leur propre fréquence cardiaque, celle de l'être humain.
For patients, the change would come from the cell source. Current clinical trials worldwide use donor cells, which means immunosuppression for the rest of the patient's life. The Hanover team aims instead to make clusters from each patient's own blood cells, which would avoid that medication and could, in Martin's view, widen acceptance among younger patients, although the approach costs more. The HEAL research project is working to refine the production and delivery of the clusters for human use. The team has not announced a date for human trials, and Martin is clear about the limits: living cells cannot fully heal a heart that is already badly damaged, but they may improve its function.
Pour les patients, le changement viendrait de la source des cellules. Les essais cliniques en cours dans le monde utilisent des cellules de donneurs, ce qui impose une immunosuppression à vie. L'équipe de Hanovre vise plutôt à produire des amas à partir des cellules sanguines de chaque patient, ce qui éviterait ce traitement et pourrait, selon Martin, élargir l'acceptabilité chez les patients plus jeunes, même si l'approche coûte plus cher. Le projet de recherche HEAL travaille à affiner la production et l'administration des amas en vue d'un usage humain. L'équipe n'a annoncé aucune date pour des essais sur l'humain, et Martin est clair sur les limites : les cellules vivantes ne peuvent pas guérir complètement un cœur déjà gravement endommagé, mais elles peuvent en améliorer le fonctionnement.