Les cellules souches et les fibres musculaires peuvent être cultivées en laboratoire à partir de cellules de tissu conjonctif reprogrammées (image microscopique). Crédit: ETH Zurich / Laboratoire Bar-Nur
Le professeur Ori Bar-Nur et ses collègues de l’ETH Zurich sont des pionniers dans la culture de cellules musculaires en laboratoire, utilisant actuellement des cellules de souris comme modèle principal. Si leurs études actuelles sont centrées sur les cellules de souris, l’équipe souhaite également explorer le potentiel des cellules humaines et bovines. Les implications de leurs recherches sont multiples : des tissus musculaires humains cultivés en laboratoire pourraient répondre à des besoins chirurgicaux, tandis que les cellules souches musculaires humaines pourraient offrir des solutions thérapeutiques aux personnes souffrant de maladies musculaires. D’un autre côté, la culture de tissus musculaires de vaches en laboratoire pourrait transformer l’industrie de la viande en éliminant la nécessité de l’abattage des animaux.
Mais pour l’instant, les recherches de l’équipe de l’ETH se concentrent sur l’optimisation et la sécurité de la génération de cellules souches musculaires. Ils y sont désormais parvenus grâce à une nouvelle approche.
Cellules reprogrammées
Comme d’autres chercheurs dans ce domaine, les scientifiques de l’ETH Zurich utilisent un type de cellule différent, plus facile à cultiver, comme matériau de départ pour générer des cellules musculaires : les cellules du tissu conjonctif. À l’aide d’un cocktail de petites molécules et de protéines, ils « reprogramment » moléculairement ces cellules, les convertissant ainsi en cellules souches musculaires, qui se multiplient ensuite rapidement et produisent des fibres musculaires.
«Cette approche nous a permis de produire de grandes quantités de cellules musculaires», explique Xhem Qabrati, doctorant du groupe Bar-Nur et l’un des deux co-auteurs principaux de cette étude. « Bien que les cellules musculaires puissent également être cultivées directement à partir de biopsies musculaires, les cellules ont tendance à perdre leur fonctionnalité après l’isolement, ce qui rend difficile la production de grandes quantités de cellules. »
Un composant important du cocktail utilisé – et un catalyseur central de la transformation cellulaire – est la protéine MyoD. Il s’agit d’un facteur de transcription qui régule l’activité de certains gènes musculaires dans le noyau cellulaire. MyoD n’est normalement pas présent dans les cellules du tissu conjonctif. Avant que ces cellules puissent se transformer en cellules musculaires, les scientifiques doivent les inciter à produire du MyoD dans leur noyau pendant plusieurs jours.
Pas de génie génétique
Jusqu’à présent, les chercheurs se sont tournés vers le génie génétique pour ce processus : ils ont utilisé des particules virales pour transporter le virus. ADN modèle pour la protéine MyoD dans le noyau cellulaire. Là, les virus insèrent ces instructions de construction dans le génome, permettant aux cellules de produire la protéine MyoD.
Cependant, cette approche comporte un risque pour la sécurité : les scientifiques ne peuvent pas contrôler exactement où dans le génome des virus insèrent ces instructions. Parfois, les virus s’intègrent au milieu d’un gène vital, l’endommageant, ou ce processus d’insertion peut entraîner des changements pouvant déclencher la formation de cellules cancéreuses.
Cette fois, Bar-Nur et ses collègues ont utilisé une approche différente pour administrer MyoD aux cellules du tissu conjonctif, inspirée des vaccins à ARNm contre COVID 19: au lieu d’utiliser des virus pour introduire le modèle ADN du gène MyoD, ils introduisent le transcrit de l’ARNm de ce gène dans les cellules.
Puisque cela laisse le génome des cellules inchangé, cela évite les conséquences négatives associées à de tels changements. L’ARNm permet toujours aux cellules du tissu conjonctif de produire la protéine MyoD, de sorte qu’elles puissent, avec les autres composants du cocktail optimisé par les chercheurs de l’ETH, se transformer en cellules souches et en fibres musculaires.
Les chercheurs ont récemment publié leur nouvelle approche dans la revue Médecine régénérative NPJ. Ils sont les premiers à reprogrammer des cellules du tissu conjonctif en cellules souches musculaires sans génie génétique.
Aide en cas de dystrophie musculaire
Les cellules musculaires ainsi produites sont également pleinement fonctionnelles, comme les chercheurs l’ont montré lors d’expériences sur des souris atteintes de dystrophie musculaire de Duchenne. Chez l’homme, cette maladie héréditaire rare laisse les patients dépourvus d’une protéine nécessaire à la stabilité musculaire, ce qui signifie qu’ils souffrent d’une fonte musculaire progressive et d’une paralysie.
Les scientifiques de l’ETH Zurich ont injecté des cellules souches musculaires non défectueuses dans les muscles de souris atteintes de la myopathie de Duchenne porteuses de ce défaut. Ils ont pu montrer que les cellules souches saines forment des fibres musculaires réparées dans les muscles.
« Ce type de greffe de cellules souches musculaires pourrait être particulièrement utile pour les patients atteints de Duchenne avancé, qui sont déjà gravement touchés par l’atrophie musculaire », explique Inseon Kim, autre doctorant du groupe Bar-Nur et co-auteur principal de cette étude. .
La méthode convient à la production de grandes quantités de cellules souches musculaires nécessaires à cet effet. De plus, le fait qu’il le fasse sans génie génétique et sans les risques associés le rend attrayant pour une utilisation thérapeutique future potentielle chez l’homme.
Production de viande alternative
Cependant, les chercheurs doivent encore adapter leur approche aux cellules humaines ; c’est leur prochaine étape. « En outre, nous souhaitons étudier s’il est également possible de convertir les cellules du tissu conjonctif en cellules musculaires directement dans le corps en injectant l’ARNm MyoD et les autres composants du cocktail à des souris atteintes de maladies musculaires », explique Bar-Nur. Cette approche pourrait également un jour aider les patients humains.
Enfin, Bar-Nur et son équipe aimeraient intégrer leurs nouvelles découvertes dans leurs travaux en cours sur les cellules de vache – un autre axe de recherche du laboratoire. Ils espèrent que cette méthode contribuera aux efforts actuels visant à cultiver des cellules souches musculaires animales pour la production de viande cultivée, une méthode alternative pour produire de la viande destinée à la consommation.
