Contrairement à la plupart des autres cellules, les résidus de mannose (en vert) sont abondants sur la membrane des cellules MSC. Grâce à une technique d’IRM sensible à la présence de mannose, il est désormais possible de suivre les MSC transplantées sans avoir à les étiqueter. Crédit : Image gracieuseté de Shreyas Kuddannaya
Un scientifique de la Johns Hopkins Medicine qui a passé 30 ans à chercher comment apposer des étiquettes chimiques sur les cellules pour suivre leur mouvement dans les tissus vivants a découvert que certaines cellules souches auto-renouvelables possèdent des traceurs intégrés – constitués de sucres – qui peuvent faire le travail sans ajouter d'”étiquettes” chimiques lorsqu’elles sont injectées dans le cerveau de souris. Cette découverte, faite avec des cellules souches largement utilisées dans les thérapies expérimentales pour la sclérose en plaques et d’autres maladies neurodégénératives, est une bonne surprise, selon les chercheurs.
“Il existe un domaine scientifique entier consacré au marquage chimique et génétique des cellules, car sinon, nous ne pouvons pas voir où voyagent les cellules thérapeutiques spécialement et coûteusement conçues et si elles arrivent à l’endroit prévu dans le corps pour réparer ou remplacer les tissus malades”, explique Jeff Bulte, professeur de radiologie et de sciences radiologiques à la faculté de médecine de l’université Johns Hopkins et directeur de l’imagerie cellulaire à l’Institut d’ingénierie cellulaire Johns Hopkins.
Si elle est confirmée par des expériences ultérieures, la nouvelle étude devrait, selon Bulte, rationaliser et faire progresser la recherche réparatrice pour les maladies du cerveau, un organe considéré comme le plus difficile à suivre pour les thérapies en raison de la nature sensible du cerveau et de sa barrière hémato-encéphalique.
D’après l’expérience de Bulte, l’étiquetage des cellules thérapeutiques prêtes pour les essais cliniques sur l’homme dans n’importe quel organe est un processus coûteux et difficile, qui nécessite des études de sécurité approfondies et qui oblige les équipes de scientifiques à se concentrer sur la recherche de meilleurs moyens de suivre les cellules thérapeutiques endommagées par la sclérose en plaques et d’autres maladies neurodégénératives.
Pour ce type de recherche, les scientifiques utilisent depuis longtemps les cellules stromales mésenchymateuses, un type de cellules souches que l’on trouve dans la moelle osseuse et qui peuvent se transformer en de nombreux types de cellules et réduire l’inflammation.
Dans la nouvelle étude de preuve de principe décrite aujourd’hui (7 février 2022) dans la revue Nature Biomedical EngineeringBulte et son équipe de recherche ont découvert que ces cellules stromales mésenchymateuses contiennent des niveaux élevés d’un sucre appelé mannose, qui est similaire au glucose et peut être repéré facilement et avec succès avec une méthode d’imagerie standard basée sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM).
L’équipe de Bulte a eu l’idée d’utiliser des sucres comme traceurs après avoir publié une autre étude en Nature Communications montrant que certaines cellules tumorales perdent de grandes quantités de molécules de sucre facilement détectées par les appareils IRM. Yue Yuan, Ph.D., chercheur dans le laboratoire de Bulte, a découvert que les cellules souches contiennent une abondance de mannose – environ deux à trois fois la quantité trouvée dans les cellules typiques.
Comme les cellules des mammifères n’ont généralement pas une forte teneur en sucre, Bulte et son équipe ont pensé que les injections de cellules souches qui contiennent naturellement beaucoup de sucre seraient potentiellement faciles à repérer dans le tissu cérébral.
Pour leur étude, l’équipe de Bulte a injecté quatre types de cellules humaines dans le cerveau de souris vivantes, y compris des cellules souches mésenchymateuses. Pour chaque type de cellule, les chercheurs ont injecté 300 000 cellules.
Ensuite, les chercheurs ont utilisé l’IRM pour suivre les endroits où ils ont trouvé des grappes de cellules injectées sur une période de deux semaines.
Ils ont constaté que le signal IRM des cellules souches mésenchymateuses était environ 60% plus élevé que celui des trois autres types de cellules injectées, et qu’il était facilement visible sur les images IRM jusqu’à deux semaines après l’injection. Il est intéressant de noter que seules les cellules vivantes produisent un signal IRM, ce qui permet d’utiliser cette technique pour déterminer la survie des cellules transplantées, ainsi que pour le suivi.
L’équipe de Bulte prévoit des études supplémentaires pour déterminer si les molécules de sucre cellulaire peuvent être utilisées pour détecter la différenciation des cellules souches en d’autres types de cellules.
“C’est extraordinaire de découvrir, 30 ans après avoir commencé mes recherches dans le domaine du marquage des cellules, que ces cellules souches mésenchymateuses dans le cerveau n’ont finalement pas besoin d’être marquées chimiquement à des fins de suivi, et qu’il existe peut-être des moyens meilleurs et plus faciles de suivre ces cellules dans le cerveau”, déclare Bulte.
Référence : 7 février 2022, Nature Biomedical Engineering.
DOI: 10.1038/s41551-021-00822-w
Cette étude a été financée par la Fondation Pearl et Yueh-Heng Yang et les National Institutes of Health (R56 NS098520 et P41EB024495).
En plus de Bulte et Yuan, les scientifiques qui ont contribué à la recherche pendant leur séjour à Johns Hopkins sont Congxiao Wang, Shreyas Kuddannaya, Jia Zhang, Dian R. Arifin, Zheng Han, Piotr Walczak et Guanshu Liu.
Bulte est un consultant rémunéré de NovaDip Biosciences SA, NanomediGene LLC, et SuperBranche. Ces arrangements ont été examinés et approuvés par l’Université Johns Hopkins, conformément à sa politique en matière de conflits d’intérêts.
