La nanotechnologie fait progresser la médecine régénérative : La formation osseuse à l’échelle du nanofil

Cell Cultured Nanowire Scaffold
Échafaudage de nanofils en culture cellulaire

Cellule cultivée sur l’échafaudage de nanofils. Crédit : 2022 KAUST ; Heno Hwang

Une nouvelle nanotechnologie qui accélère la transition des cellules souches vers l’os pourrait transformer la médecine régénérative.

Une plate-forme nanotechnologique mise au point par des scientifiques de l’Université des sciences et technologies du roi Abdullah (KAUST) pourrait déboucher sur de nouveaux traitements des maladies osseuses dégénératives.

La technique repose sur des nanofils de fer qui se courbent en réponse à des champs magnétiques. Les cellules souches osseuses cultivées sur un maillage de ces minuscules fils font une sorte d’exercice physique sur le substrat en mouvement. Elles se transforment ensuite en os adulte beaucoup plus rapidement que dans les milieux de culture classiques, avec un protocole de différenciation qui ne dure que quelques jours au lieu de quelques semaines.

“C’est une découverte remarquable”, déclare Jasmeen Merzaban, professeur associé de biosciences. “Nous pouvons obtenir une formation efficace de cellules osseuses en un temps plus court”, ce qui pourrait ouvrir la voie à une régénération plus efficace des os. Mme Merzaban a codirigé l’étude avec le chercheur Jürgen Kosel et des collègues de leurs laboratoires.

Les scientifiques ont analysé la capacité de production d’os de leur échafaudage de nanofils, avec et sans signaux magnétiques. Ils ont disposé les minuscules fils selon une grille uniformément espacée, puis ont superposé des cellules souches mésenchymateuses (CSM) humaines issues de la moelle osseuse. Chacun de ces fils minuscules est de la taille de l’appendice en forme de queue que l’on trouve sur certaines bactéries.

Les chercheurs ont découvert que l’ajout d’un champ magnétique à basse fréquence accélère considérablement le processus de développement osseux. En deux jours d’incubation sous stimulation mécanique, des marqueurs génétiques du développement osseux ont pu être détectés, tandis que les gènes liés à la souche et à l’autorenouvellement sont rapidement devenus inactifs. Les scientifiques ont également pu observer au microscope les cellules se reconstruire pour devenir plus osseuses à un rythme rapide.

L’équipe de KAUST prévoit ensuite de tester son système sur des modèles murins de maladies osseuses dégénératives, en espérant que les échafaudages de nanofils ensemencés de cellules souches pourront être implantés en toute sécurité sur les sites de lésions et favoriser la réparation des tissus. Un champ magnétique appliqué de l’extérieur serait utilisé pour accélérer le processus de guérison.

L’auteur de l’étude, Jose Efrain Perez, ancien étudiant en doctorat dans le laboratoire de Kosel, voit également des applications potentielles dans d’autres contextes pathologiques. Comme il le souligne : “Faire varier la rigidité de la matrice en augmentant ou en diminuant la longueur et le diamètre des nanofils pourrait favoriser des réponses différentielles avec les CSM.” Ou encore, ils pourraient utiliser d’autres types de cellules souches pour, par exemple, favoriser la croissance neuronale et la réparation du cerveau après un accident vasculaire cérébral.

De plus, ajoute Perez, “Nous pourrions personnaliser davantage l’échafaudage de nanofils lui-même ou le matériau de base – par exemple, en utilisant différents métaux pour exploiter leurs réponses magnétiques ou en revêtant les nanofils de biomolécules pour une délivrance potentielle au contact cellulaire.”

Pour une technologie aussi petite, les possibilités sont énormes.

Référence : “Modulated nanowire scaffold for highly efficient differentiation of mesenchymal stem cells” par Jose E. Perez, Bashaer Bajaber, Nouf Alsharif, Aldo I. Martínez-Banderas, Niketan Patel, Ainur Sharip, Enzo Di Fabrizio, Jasmeen Merzaban et Jürgen Kosel, 16 juin 2022, Journal de la nanobiotechnologie.
DOI: 10.1186/s12951-022-01488-5

Articles connexes