Le bavardage cellulaire raconte l’histoire de l’épaississement artériel

Les artères peuvent devenir plus épaisses en raison de l’hypertension artérielle. Cependant, la cause de cet épaississement n’est pas claire. Des chercheurs de la TU/e ​​ainsi que des collègues du Trinity College de Dublin en Irlande ont développé un nouveau modèle informatique pour étudier en détail l’épaississement artériel. Le modèle montre que les modifications mécaniques de l’artère dues à une pression artérielle plus élevée et à la communication cellulaire impliquant les cellules musculaires lisses vasculaires pourraient être essentielles à l’épaississement artériel. Le même modèle pourrait être utilisé pour guider les approches futures des traitements thérapeutiques et régénératifs.

La croissance et le changement des artères dans le corps dépendent de nombreux facteurs, tels que la pression artérielle. Les artères sont connues pour devenir plus épaisses en raison de l’augmentation de la pression artérielle.

« Lorsque la pression artérielle augmente, l’artère s’étire davantage et subit des forces plus élevées. Cela entraîne des changements dans la mécanique de l’artère et, en réponse, l’artère s’épaissit », explique Jordy van Asten, Ph.D. chercheur au département de génie biomédical et à l’Institut des systèmes moléculaires complexes (ICMS). « Mais d’autres facteurs pourraient également être importants, comme la façon dont les cellules artérielles se parlent. »

Pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à l’épaississement artériel, van Asten et ses collègues chercheurs de la TU/e, co-premier auteur Tommaso Ristori, Frank Baaijens, Cecilia Sahlgren et Sandra Loerakker, ainsi que des chercheurs du Trinity College en Irlande ont développé un ordinateur modèle pour étudier comment la combinaison de l’étirement de l’artère et de la signalisation cellulaire affecte l’épaississement artériel.

L’important défi mécanique

Un défi important pour les chercheurs lors du développement du modèle était la nécessité de capturer les déformations d’une artère lorsqu’elle est soumise à une pression artérielle élevée.

« Les artères sont pré-étirées, ce qui signifie que même si la charge due à l’hypertension artérielle est supprimée, les artères ne sont toujours pas dans un état complètement relâché », note van Asten. « L’inclusion de cela dans le modèle était difficile, et nous y sommes parvenus en utilisant une analyse par éléments finis des étirements dans des artères natives saines in vivo ou vivantes. »

De plus, les chercheurs devaient estimer les bonnes valeurs des propriétés matérielles du tissu artériel qui captent le mieux le comportement mécanique. « Pour arriver à ces propriétés, il a fallu une combinaison d’hypothèses basées sur des expériences et des ajustements d’études expérimentales précédentes », explique van Asten.

Importance du bavardage cellulaire

Capturer le bon comportement mécanique de l’artère n’est qu’une partie du puzzle informatique. L’autre partie concerne la façon dont la signalisation cellule-cellule est affectée par les changements mécaniques et comment cela pourrait entraîner la croissance et le remodelage de l’artère. Ainsi, van Asten, Ristori et leurs collègues ont examiné la voie de signalisation ou de communication cellule-cellule Notch entre les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), qui est connue pour jouer un rôle clé dans la façon dont le tissu vasculaire se développe et reste stable. Et pour modéliser cela, les chercheurs ont utilisé un modèle dit à base d’agents, précédemment développé par Sandra Loerakker et des collaborateurs dans le passé.

« En utilisant le modèle, nous avons appris comment cette voie de signalisation Notch pourrait être impliquée dans l’épaississement des artères en raison d’une pression artérielle plus élevée », explique van Asten. « Nous avons montré qu’une pression artérielle plus élevée diminue le bavardage chez les CMLV, ce qui devrait modifier leur comportement et, par conséquent, il y a moins de croissance ou d’épaississement de l’artère. »

Outre l’hypertension artérielle, cette découverte sur la communication cellule-cellule (et la croissance artérielle) pourrait être appliquée à d’autres domaines de recherche, comme l’ingénierie tissulaire. Selon van Asten, « de nombreux chercheurs tentent de créer des tissus vivants et fonctionnels (tels que des artères) qui pourraient être utilisés pour remplacer les tissus malades dans le corps ».

Espoirs futurs

En génie tissulaire, les tissus se développent au fil du temps, soit en laboratoire, soit à l’intérieur du corps. Un contrôle supplémentaire sur le processus de croissance permettrait aux chercheurs de développer des tissus de remplacement plus précis, et la clé de tout cela pourrait être le bavardage cellulaire. « Nos nouvelles découvertes sur la communication cellule-cellule dans les tissus au fur et à mesure de leur croissance pourraient s’avérer essentielles pour les futures études sur la croissance des tissus », déclare van Asten.

Et van Asten a de grandes aspirations pour l’ingénierie tissulaire à l’avenir. « J’espère que l’ingénierie tissulaire continuera de progresser afin que nous puissions produire de manière fiable des tissus de remplacement, peut-être même des organes, pour les patients souffrant de maladies cardiovasculaires. Cette recherche n’est qu’une petite partie du puzzle, et les perspectives d’utilisation sont passionnantes. et motivant pour moi personnellement. »

Cependant, il faudra plusieurs années avant que les découvertes de van Asten et de ses collègues puissent être appliquées à la croissance de nouveaux tissus. Van Asten : « Tout d’abord, nous devons effectuer des expériences et vérifier s’il s’agit d’un moyen réalisable de développer des artères, et si les artères qui en résultent sont sans danger pour les patients. »

La recherche a été publiée dans le Journal du comportement mécanique des matériaux biomédicaux.