Le projet vise à développer de nouvelles lignées de cellules souches dont les récepteurs peuvent être activés par la lumière bleue

Un projet de recherche mené par l’IMC University of Applied Sciences Krems a été mené à bien et constitue une excellente base pour d’autres projets. L’équipe dirigée par le professeur Christoph Wiesner de l’Institut de biotechnologie a réussi à modifier génétiquement des récepteurs spéciaux (récepteurs de type Toll, TLR) sur des cellules souches afin qu’ils puissent être activés par la lumière bleue.

De telles techniques « optogénétiques » pourraient être utilisées pour contrôler précisément les voies de signalisation biologique dans les cellules, les valider dans des conditions physiologiques pertinentes et générer des modèles de maladies. Ces nouvelles lignées cellulaires optogénétiques apporteront également une contribution précieuse à la compréhension des mécanismes des maladies et au développement d’approches thérapeutiques innovantes et ciblées.

Depuis plusieurs années, le groupe dirigé par Wiesner, titulaire de la chaire de recherche « Cellomix / High Content Screening » à l’IMC Krems, se concentre sur l’optogénétique, un domaine de recherche émergent qui traite du contrôle ciblé des cellules à l’aide de la lumière.

L’objectif du projet, désormais achevé avec succès, était de développer de nouvelles lignées de cellules souches (MSC, cellules stromales mésenchymateuses) dont les récepteurs ont été génétiquement modifiés en incorporant des protéines sensibles à la lumière afin qu’ils puissent être activés par la lumière bleue.

Le travail est publié dans le journal Frontières en immunologie et Journal international des sciences moléculaires.

Les MSC sont polyvalents

« Dans notre projet, explique le professeur Wiesner, nous avons travaillé avec des cellules souches mésenchymateuses (MSC). Il s’agit de cellules souches adultes que l’on trouve dans différents tissus et qui peuvent se différencier en différents types de cellules. »

Les MSC se trouvent dans l’organisme sous deux états différents (MSC1 et MSC2), qui ont des fonctions différentes : Les cellules MSC1 ont un effet pro-inflammatoire, c’est-à-dire qu’elles favorisent les réactions inflammatoires et soutiennent ainsi le système immunitaire pour lutter contre les infections et les tumeurs.

Les cellules MSC2 anti-inflammatoires, quant à elles, atténuent les réponses inflammatoires dans l’organisme et sont donc utiles en cas d’inflammation chronique, de maladies auto-immunes ou pour favoriser la réparation des tissus après une blessure. On sait que toutes les cellules MSC portent à leur surface des récepteurs spéciaux – les TLR – qui reconnaissent leur motif moléculaire au contact d’agents pathogènes et déclenchent une réponse immunitaire via des voies de signalisation ultérieures.

Cependant, les mécanismes exacts par lesquels l’activation de différents TLR conduit au développement des deux formes de MSC sont encore mal compris, un fait que l’équipe de recherche du professeur Wiesner a abordé.

Une question de régulation

Basées sur l’hypothèse selon laquelle les MSC peuvent assumer différentes fonctions selon le type de TLR activé et la force du stimulus (par exemple, tâches pro- et anti-inflammatoires, antibactériennes ou régénératrices), les approches transgéniques et optogénétiques devraient aider à élucider les mécanismes qui conduisent à la polarisation des MSC dans les deux formes MSC1 et MSC2.

« Pour ce faire, nous avons incorporé des protéines sensibles à la lumière dans les TLR afin de pouvoir activer les récepteurs par la lumière et les désactiver par l’obscurité », explique le professeur Wiesner.

En particulier, il a été démontré que TLR4 et TLR10 pouvaient être facilement contrôlés par la lumière après incorporation dans les lignées cellulaires. Les observations suivantes ont prouvé que les constructions optogénétiques fonctionnaient parfaitement : l’activation de TLR4 a conduit à la production de molécules pro-inflammatoires, similaires à l’infection bactérienne, tandis que l’activation de TLR10 a régulé à la fois les molécules pro- et anti-inflammatoires.

Une analyse approfondie du surnageant des lignées cellulaires MSC cultivées a révélé de nombreuses protéines indiquant le potentiel régénérateur des cellules et la formation accélérée de cellules osseuses après activation de TLR10. Cela fait de ces nouvelles lignées cellulaires des outils utiles pour étudier les mécanismes d’activation de TLR4 et TLR10 et pourrait fournir de nouvelles approches pour les stratégies thérapeutiques.

Le projet ESPRIT avec Anna Stierschneider, postdoctorante senior dans le groupe de recherche de Christoph Wiesner, dans lequel des modèles cellulaires hétérotypiques 3D miniaturisés (de 0,2 à 0,5 mm de taille) et physiologiquement pertinents sont établis in vitro, montre que les nouvelles lignées cellulaires optogénétiques peuvent être testées dans plus que de simples expériences individuelles.

Les cellules souches optogénétiques sont intégrées dans des cellules tumorales hétérotypiques (adénocarcinome colorectal) ; 96 de ces tumeurs miniaturisées sont cultivées en parallèle et l’approche optogénétique est testée pour son potentiel anticancéreux. Les premières expériences sont prometteuses.

Le projet mené à bien a non seulement donné lieu à ces études publiées, mais aussi à d’autres projets de recherche et à de précieuses collaborations, notamment le projet de suivi ESPRIT et un programme de formation pour les doctorants (doc.funds), que l’IMC Krems coordonne avec l’Université des sciences appliquées de Krems et la MedUni de Vienne.

En collaboration avec ABS Biotechnology GmbH, une demande GFF a été soumise pour introduire des constructions optogénétiques dans des cellules pluripotentes inductibles et étudier leurs effets sur les myocytes cardiaques et les macrophages.

En collaboration avec KL Krems et l’Université UPEC (Paris), l’effet des surnageants de cellules souches mésenchymateuses activées par TLR sur les neurones et dans les modèles de la maladie d’Alzheimer sera étudié.