Pour savoir comment le COVID affecte l’oreille, les scientifiques se tournent vers les cadavres.

In a étroit Matt Stewart a ouvert une grande armoire pour découvrir des dizaines d’étagères empilées avec des boîtes et des plateaux en bois, certains vieux d’au moins 100 ans.

Stewart, grand et aux cheveux argentés, a sorti l’un des plateaux et en a montré le contenu : De fines tranches d’os de crânes humains et les organes de l’audition et de l’équilibre qu’ils contiennent, colorés en rose. Fixés sur des lames de microscope, les morceaux anatomiques ressemblaient à des tampons en caoutchouc abstraits, pas plus grands que des empreintes de pouce. “Notre histoire Johns Hopkins”, a-t-il dit, faisant référence à la collection de spécimens de l’université provenant de plus de 5 000 patients.

L’équipe de recherche de Stewart à l’université Johns Hopkins de Baltimore a eu un parcours long et compliqué pour réaliser des diapositives comme celles-ci en 2021. Les chercheurs ont besoin de ces spécimens, prélevés sur la partie du crâne qui abrite l’oreille interne, pour poser une question fondamentale sur le nouveau coronavirus, le SRAS-CoV-2 : envahit-il directement les cellules des tissus qui permettent l’audition et l’équilibre ?

Matt Stewart, chirurgien spécialiste de l’oreille, dirige une équipe de recherche de l’Université Johns Hopkins qui étudie comment le SRAS-CoV-2 pourrait infecter les cellules de l’oreille qui permettent l’audition et l’équilibre.

Les données sur les problèmes d’oreille liés à la Covid-19, la maladie causée par le SRAS-CoV-2, sont rares. À ce jour, des rapports de cas et de petites études ont révélé que certains patients atteints de la maladie Covid-19 présentent une perte d’audition importante et rapide, des bourdonnements d’oreilles appelés acouphènes ou des problèmes d’équilibre. Les estimations varient quant à la prévalence de ces symptômes, mais étant donné que le coronavirus a infecté des centaines de millions de personnes, même quelques pour cent de patients sous Covid présentant une perte auditive représenteraient une augmentation importante au niveau mondial. Pourtant, aucun lien de causalité n’a été établi entre le nouveau coronavirus et les symptômes auditifs. Les problèmes auditifs ne figurent même pas sur les listes de symptômes de Covid-19, à court ou à long terme, publiées par les Centers for Disease Control and Prevention.

Il existe plusieurs explications possibles de l’association de la maladie à de graves problèmes auditifs, et les scientifiques ne parviendront peut-être jamais à identifier tous les mécanismes sous-jacents. Mais des chercheurs comme Stewart poursuivent la théorie selon laquelle le virus pourrait endommager directement les cellules de l’oreille interne. Le coronavirus est déjà connu pour infecter les cellules de la partie supérieure des fosses nasales, ce qui entraîne une perte d’odorat. Un processus similaire pourrait se produire dans l’oreille, a expliqué Stewart, médecin-chef adjoint spécialisé dans la chirurgie de l’oreille interne à l’hôpital Johns Hopkins.

Les implications s’étendent au-delà du nouveau coronavirus. Chaque année, quelque 90 000 personnes aux États-Unis – c’est-à-dire 27 personnes sur 100 000 – souffrent d’une perte auditive soudaine due à une lésion de l’oreille interne, et on pense que les virus sont à l’origine de bon nombre de ces cas. Les virus peuvent également entraîner d’autres problèmes d’audition et d’équilibre. Mais la recherche des raisons pour lesquelles les virus causent ces problèmes a longtemps été un défi pour les scientifiques. Pour étudier ces parties délicates, les chercheurs ne peuvent pas découper l’oreille interne d’une personne vivante – la recherche nécessiterait l’ablation de tissus sensibles, ce qui risquerait de provoquer une blessure pouvant entraîner une surdité totale ou une perte d’équilibre.

La pandémie de Covid-19 a incité les chercheurs à développer de nouvelles approches pour répondre à cette question de longue date. À Johns Hopkins, Stewart et ses collègues utilisent des cadavres, disséquant les oreilles à l’aide de méthodes chirurgicales datant des années 1800 et, plus récemment, à l’aide d’une scie à diamant d’une valeur de 7 000 $. Dans le même temps, un autre groupe du Massachusetts Institute of Technology et du Massachusetts Eye and Ear Infirmary s’est attaqué à la question en étudiant les restes de tissus humains provenant de rares interventions chirurgicales et en cultivant du tissu d’oreille interne à partir de cellules souches, un type unique de cellules capables de se répliquer et de générer des organes. L’équipe a publié ses premiers résultats dans la revue Nature Communications Medicine en octobre.

Les virus tels que le SRAS-CoV-2, l’herpès et le cytomégalovirus commun “ont tous ces tentacules qui semblent toucher l’oreille, mais personne n’a pu les étudier parce que l’oreille est si inaccessible”, a déclaré le virologue Lee Gehrke, auteur principal de l’étude de Communications Medicine et professeur au MIT et à l’université Harvard. “C’est donc la partie qui m’enthousiasme le plus”, a-t-il ajouté. “Nous avons maintenant un moyen d’examiner ces choses d’une manière que nous n’étions pas en mesure de faire auparavant”.

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Cadavers peut être difficiles à trouver car ils nécessitent des donneurs. Mais pour l’équipe de Stewart, obtenir des cadavres de patients décédés à cause du Covid-19 n’a pas été la partie la plus difficile – Johns Hopkins a pu en fournir trois au départ. Le plus grand défi a été de respecter les directives des CDC. Au début de la pandémie, lorsque les recherches ont commencé, personne ne savait exactement combien de temps le coronavirus pouvait survivre.pouvaient survivre dans des conditions différentes. Les CDC ont déconseillé l’utilisation d’outils chirurgicaux électriques tels que les forets, qui seraient le choix le plus évident pour pénétrer dans l’oreille d’un cadavre, mais qui pourraient également projeter des particules virales dans l’air et constituer un risque pour toute personne présente dans la pièce. En l’absence d’outils modernes, Stewart a dû s’en remettre à des techniques chirurgicales datant de la fin des années 1800, réalisées à l’aide d’outils manuels qui ne pouvaient pas projeter électriquement des particules virales à grande vitesse.

Dans une salle d’autopsie, les chercheurs ont enfilé des masques N95 et d’autres équipements chirurgicaux. Sur chaque cadavre, ils ont commencé par faire une incision derrière l’oreille, puis ont trouvé l’ouverture triangulaire de la mastoïde, une partie du crâne qui “ressemble à une ruche avec un tas de cellules d’air et un os très, très, très fin”, a déclaré Stewart. Ils ont opéré avec un minuscule instrument en forme de ciseau appelé ostéotome en plus d’un ensemble d’instruments appelés curettes, “qui ressemblent à de petites cuillères à glace pointues”, a déclaré Stewart. Les curettes peuvent gratter une fraction de millimètre à la fois. À partir de la mastoïde, ils ont créé une ouverture de 2 millimètres – à peu près la largeur d’une nouille de spaghetti – dans l’oreille moyenne. Ils ont ensuite frotté l’intérieur avec une minuscule brosse jetable.

Les chercheurs de Hopkins ont finalement trouvé la signature génétique du coronavirus SRAS-CoV-2 chez deux des trois cadavres, confirmant ainsi que le virus peut se frayer un chemin jusqu’à l’oreille moyenne et la mastoïde. Stewart et ses collègues ont publié ces résultats dans une lettre de recherche parue dans la revue JAMA Otolaryngology-Head & ; Neck Surgery en juillet 2020, recommandant aux prestataires de soins de santé de porter des protections oculaires et des masques N95 pendant les procédures impliquant l’oreille moyenne. (Dans une recherche de suivi non publiée, la signature virale a été trouvée dans 60 % de plus de 20 cadavres).

Anatomie de l’oreille et os mastoïde. Visuel : Blausen Medical Communications, Inc./Wikimedia Commons

Dans un courriel adressé à Undark, Jameel Muzaffar, chirurgien et chercheur à l’Université de Cambridge et à Oto Health au Royaume-Uni, a déclaré qu’il n’était pas surpris par la signature du SRAS-CoV-2 dans l’oreille moyenne et la mastoïde puisque ces deux structures sont liées au nez, où le coronavirus est connu pour se concentrer. En effet, selon M. Stewart, le virus pourrait avoir voyagé avec de la “morve infectée” provenant d’un autre endroit des sinus sans nécessairement envahir les précieuses cellules de l’oreille interne.

L’étude soutient “l’idée que le virus étant présent dans l’oreille moyenne, il pourrait plus facilement accéder à l’oreille interne”, ce qui pourrait provoquer une perte soudaine de l’audition, a déclaré Muzaffar. Cependant, elle ne répond pas à la question : Le coronavirus pourrait-il directement envahir et endommager les cellules de l’audition ?

Une étude publiée en décembre 2020 dans Laryngoscope a exploré cette question dans un organisme plus facile à examiner que les humains : les souris. Le nouveau coronavirus est connu pour entrer dans les cellules en interagissant avec un récepteur appelé ACE-2, qui se trouve à la surface de certaines cellules humaines. Des chercheurs de l’université de Tokyo ont cherché à savoir si les récepteurs ACE-2 et les protéines apparentées étaient présents dans les structures de l’oreille des souris. Il s’avère qu’ils le sont.

Cette étude “a allumé un feu rampant en moi”, a déclaré Stewart. Si son équipe reproduisait ce phénomène chez l’homme, elle devrait découper l’oreille interne en fines coupes transversales individuelles pour les analyser au microscope. Mais à partir du moment où les chercheurs obtiennent des échantillons d’oreille sur des cadavres, il peut s’écouler un an avant que les os ne se ramollissent suffisamment pour être découpés en fines tranches. C’est une longue période d’attente en cas de pandémie.

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To regarder cellules humaines, l’équipe de Stewart devrait fabriquer de nouvelles lames avec de fines coupes transversales des organes de l’audition et de l’équilibre, comme celles que l’on trouve dans les armoires des couloirs des facultés de médecine. Dans l’étude précédente sur les cadavres, son équipe n’avait pas eu la possibilité d’accéder à l’oreille interne. Cette fois-ci, ils devront se frayer un chemin jusqu’à cette zone délicate, et faire des coupes très fines.

Stewart a repensé à l’époque où il étudiait la géochimie en tant qu’étudiant diplômé. À l’époque, il avait utilisé des outils spécialisés pour découper des roches et des pierres précieuses. “J’ai donc eu l’idée d’utiliser une scie minéralogique en diamant”, a déclaré Stewart. Comme l’épaisseur de la lame n’est que de 0,03 pouce, moins de matière serait perdue lors de la découpe de l’os temporal – une partie du crâne qui renferme l’oreille interne et les organes de l’équilibre. À partir de là, l’équipe de recherche pourrait rapidement décalcifier les os coupés avec de l’acide pour les ramollir, afin de pouvoir atteindre ces organes sensibles de l’audition et de l’équilibre, les trancher finement et réaliser des expériences pour rechercher les récepteurs cellulaires clés.

La scie à diamant a coûté environ 7 000 $ – un achat inhabituel pour un chirurgien de l’oreille avec une idée folle. Alors que les National Institutes of Health avaient financé l’étude précédente de Stewart sur des cadavres, l’agence a refusé de soutenir cette technique non éprouvée.avaient fait des dons à l’hôpital, en leur demandant s’ils accepteraient d’utiliser leurs fonds pour ce projet. Ils l’ont fait.

Matt Stewart tient un plateau de diapositives contenant des tranches d’os du crâne humain et les organes de l’audition et de l’équilibre de la collection d’os temporaux de Johns Hopkins, qui contient des spécimens de plus de 5 000 patients.

Coupes transversales historiques des organes de l’oreille, de la taille d’une empreinte de pouce. Pour créer de nouvelles lames afin d’étudier le Covid-19, Stewart a dû faire preuve de créativité.

Stewart examine au microscope un os temporal, qui renferme les organes de l’audition, provenant d’un don de cadavre.

Afin de préparer des coupes transversales pour l’étude, l’équipe de Stewart coupe soigneusement les os temporaux comme celui-ci avec une scie minéralogique à lame de diamant.

Grâce à cette technique, Stewart et ses collègues ont réussi à créer les spécimens dont ils avaient besoin environ deux semaines seulement après l’opération initiale. Lorsqu’il a reçu la première lame l’année dernière au début du mois de juin, “je me suis assis dans mon bureau et j’ai eu l’impression d’avoir vraiment accompli quelque chose”, a déclaré Stewart. Son équipe avait surmonté un obstacle clé dans la recherche de récepteurs que le virus responsable de la maladie de Covid pouvait attaquer.

Les résultats préliminaires suggèrent qu’ils sont sur la bonne voie. En utilisant les os temporaux de six cadavres qui n’avaient pas été infectés par le Covid-19, les chercheurs ont trouvé ces types de récepteurs cellulaires vulnérables dans l’oreille moyenne, la cochlée et le système de l’équilibre. Cela signifie que le nouveau coronavirus pourrait potentiellement causer des dommages auditifs en envahissant directement les cellules. “C’était une pièce importante du puzzle”, a déclaré Stewart. Cette étude n’a pas encore été examinée par des pairs, mais Stewart a présenté les résultats lors de la réunion de l’American Neurotology Society en septembre 2021, et son équipe prépare un manuscrit à soumettre à une revue.

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Separément, avant la pandémie, une équipe de la région de Boston dirigée par le chirurgien Konstantina Stankovic, aujourd’hui à l’université de Stanford, cultivait des tissus de l’oreille interne en utilisant un type de cellules souches qui s’agrègent pour former des amas appelés organoïdes. Mais ce n’est qu’avec l’arrivée de Covid qu’ils ont commencé, en collaboration avec des chercheurs du MIT, à utiliser ces cellules pour mieux comprendre la vulnérabilité aux virus.

Sous un microscope, les tissus organoïdes ressemblent à ce qui se trouve à l’intérieur d’une oreille humaine, a déclaré Gehrke, le virologue, qui a collaboré avec Stankovic. L’équipe a même cultivé des cellules ciliées, des récepteurs sensoriels qui détectent le mouvement et permettent l’audition, avec de minuscules tiges appelées stéréocils qui dépassent de leur surface. Ces scientifiques ont également étudié le tissu de l’oreille interne humaine provenant de deux patients vivants. Ces tissus provenaient d’une opération rare qui soulage les vertiges débilitants mais réduit l’audition.

Les cellules des organoïdes et des oreilles internes des patients contenaient les mêmes protéines que celles trouvées par Stewart dans ses recherches sur les cadavres. Gehrke et ses collègues ont ensuite fait un pas de plus : Ils ont exposé les tissus de l’organoïde et du patient au SRAS-CoV-2. Comme ils l’avaient prévu, le nouveau coronavirus a infecté certaines des cellules. “Leur travail est très important”, a écrit Stewart dans un récent courriel. Gehrke a qualifié les résultats préliminaires de Stewart d’excellentes nouvelles. “Toutes les données qui sont complémentaires”, a-t-il dit, sont “très utiles”.

Ensuite, l’équipe de Stewart prévoit de rechercher des preuves d’invasion directe dans les cellules des organes du système auditif et de l’équilibre en utilisant des échantillons de cadavres Covid-19-positifs. De cette façon, ils pourraient rechercher les interactions possibles entre le tissu humain et un virus qui l’aurait infecté naturellement, plutôt que par le biais d’une expérience. L’équipe de Stankovic et de Gehrke, quant à elle, aimerait tester des traitements expérimentaux dans leurs organoïdes, a déclaré Gehrke, ainsi qu’étudier d’autres virus. Les deux groupes souhaitent adapter leurs modèles afin d’explorer d’autres causes possibles de perte auditive due à des virus, telles que l’inflammation et les réponses immunitaires.

Tout cela pourrait un jour conduire à de meilleurs traitements et à des soins de soutien pour les personnes qui luttent contre les troubles de l’audition et de l’équilibre, a déclaré Stewart. Le sujet est personnel pour lui, car il a vu son père développer une perte d’audition après des années d’utilisation de dynamite en tant que géologue de terrain. En raison des difficultés de communication lorsque les sons sont étouffés, a ajouté Stewart, “le monde du patient se contracte en quelque sorte”.

Grâce à une meilleure compréhension de la façon dont les virus interagissent avec l’oreille, les médecins seront en mesure de mieux aider les patients atteints de la maladie de Covid ainsi que ceux qui ont des “effets post-viraux”, a déclaré Stewart.

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Elizabeth Landau est une journaliste et communicatrice scientifique qui vit à Washington, D.C. Elle a contribué au New York Times, au Washington Post, à Quanta Magazine, à Smithsonian et à Wired, entre autres publications. Retrouvez-la sur Twitter à l’adresse suivante @lizlandau.

Toutes les photos sont d’Elizabeth Landau pourUndark.