Les «sacs à dos» de nanoparticules restaurent les cellules souches endommagées

Dans le cordon ombilical d’un nouveau-né se trouvent des cellules souches potentiellement vitales qui peuvent être utilisées pour combattre des maladies comme le lymphome et la leucémie. C’est pourquoi de nombreux nouveaux parents choisissent de stocker (« mettre en banque ») le sang de cordon ombilical riche en cellules souches de leur enfant. Mais dans les 6 à 15 % de grossesses touchées par le diabète gestationnel, les parents n’ont pas cette option car la maladie endommage les cellules souches et les rend inutiles.

Maintenant, dans une étude à paraître en Biologie des communicationsdes bioingénieurs de l’Université de Notre-Dame ont montré qu’une nouvelle stratégie peut restaurer les cellules souches endommagées et leur permettre de développer à nouveau de nouveaux tissus.

Au cœur de cette nouvelle approche se trouvent des nanoparticules spécialement conçues. À seulement 150 nanomètres de diamètre, soit environ un quart de la taille d’un globule rouge, chaque nanoparticule sphérique est capable de stocker des médicaments et de les délivrer uniquement aux cellules souches elles-mêmes en se fixant directement à la surface des cellules souches. En raison de leur formulation spéciale ou « tuning », les particules libèrent le médicament lentement, ce qui le rend très efficace même à très faible dose.

Donny Hanjaya-Putra, professeur adjoint d’ingénierie aérospatiale et mécanique dans le programme d’études supérieures en bio-ingénierie à Notre Dame qui dirige le laboratoire où l’étude a été menée, a décrit le processus en utilisant une analogie. « Chaque cellule souche est comme un soldat. Elle est intelligente et efficace, elle sait où aller et quoi faire. Mais les « soldats » avec lesquels nous travaillons sont blessés et faibles. En leur fournissant ce « sac à dos » de nanoparticules, nous leur donnent ce dont ils ont besoin pour travailler à nouveau efficacement. »

Le principal test pour les nouvelles cellules souches équipées d’un « sac à dos » était de savoir si elles pouvaient ou non former de nouveaux tissus. Hanjaya-Putra et son équipe ont testé des cellules endommagées sans « sacs à dos » et ont observé qu’elles se déplaçaient lentement et formaient des tissus imparfaits. Mais lorsque Hanjaya-Putra et son équipe ont appliqué des « sacs à dos », des cellules souches précédemment endommagées ont commencé à former de nouveaux vaisseaux sanguins, à la fois lorsqu’elles sont insérées dans des polymères synthétiques et lorsqu’elles sont implantées sous la peau de souris de laboratoire, deux environnements destinés à simuler les conditions du corps humain. .

Bien qu’il puisse s’écouler des années avant que cette nouvelle technique n’atteigne les établissements de soins de santé réels, Hanjaya-Putra a expliqué qu’elle a la voie la plus claire de toutes les méthodes développées jusqu’à présent. « Les méthodes qui impliquent d’injecter le médicament directement dans la circulation sanguine comportent de nombreux risques et effets secondaires indésirables », a déclaré Hanjaya-Putra. De plus, de nouvelles méthodes comme l’édition de gènes font face à un long cheminement jusqu’à l’approbation de la Food and Drug Administration (FDA). Mais la technique de Hanjaya-Putra n’utilisait que des méthodes et des matériaux déjà approuvés pour les milieux cliniques par la FDA.

Hanjaya-Putra a attribué le succès de l’étude à un groupe de chercheurs hautement interdisciplinaire. « Il s’agissait d’une collaboration entre le génie chimique, le génie mécanique, la biologie et la médecine – et je trouve toujours que la meilleure science se produit à l’intersection de plusieurs domaines différents. »

L’auteur principal de l’étude était Loan Bui, ancien étudiant postdoctoral de Notre Dame, maintenant membre du corps professoral de l’Université de Dayton dans l’Ohio; la biologiste des cellules souches Laura S. Haneline et l’ancienne boursière postdoctorale Shanique Edwards de l’Indiana University School of Medicine; Eva Hall et Laura Alderfer, étudiantes au doctorat en bioingénierie de Notre Dame ; Les étudiants de premier cycle de Notre Dame Pietro Sainaghi, Kellen Round et la major de 2021 Madeline Owen; Prakash Nallathamby, professeur adjoint de recherche, génie aérospatial et mécanique; et Siyuan Zhang du centre médical du sud-ouest de l’Université du Texas.

Les chercheurs espèrent que leur approche sera utilisée pour restaurer les cellules endommagées par d’autres types de complications de la grossesse, comme la prééclampsie. « Au lieu de jeter les cellules souches », a déclaré Hanjaya-Putra, « à l’avenir, nous espérons que les cliniciens pourront les rajeunir et les utiliser pour régénérer le corps. Par exemple, un bébé né prématurément en raison d’une prééclampsie peut devoir rester dans l’USIN avec un poumon mal formé. Nous espérons que notre technologie pourra améliorer les résultats développementaux de cet enfant.