Le premier poisson biohybride entièrement autonome issu de cellules musculaires cardiaques dérivées de cellules souches humaines. Crédit : Michael Rosnach, Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker.
Un poisson biohybride nageant de façon autonome, conçu en fonction de deux caractéristiques réglementaires clés du cœur humain, a révélé l’importance des mécanismes de rétroaction dans les pompes musculaires (comme le cœur). Ces résultats pourraient un jour contribuer au développement d’un cœur artificiel fabriqué à partir de cellules musculaires vivantes.
Les systèmes biohybrides – des dispositifs contenant à la fois des composants biologiques et artificiels – constituent un moyen efficace d’étudier les mécanismes de contrôle physiologique des organismes biologiques et de découvrir des solutions robotiques bio-inspirées pour une multitude de problèmes urgents, notamment ceux liés à la santé humaine. Lorsqu’il s’agit de pompes naturelles de transport de fluides, comme celles qui font circuler le sang, les performances des systèmes biohybrides ont cependant fait défaut.
Ici, les chercheurs ont cherché à savoir si deux caractéristiques fonctionnelles de régulation du cœur – la signalisation mécano-électrique et l’automaticité – pouvaient être transférées à un analogue synthétique d’un autre système de transport de fluide : un poisson nageur.
Lee et al. ont développé un poisson nageur autonome construit à partir d’une bicouche de cellules cardiaques humaines ; la bicouche musculaire a été intégrée à l’aide de techniques d’ingénierie tissulaire. Lee et son équipe ont pu contrôler les contractions musculaires du poisson biohybride à l’aide d’une stimulation optogénétique externe, ce qui a permis au poisson analogue de nager.
Schémas de poissons biohybrides nageant de manière autonome. Crédit : Michael Rosnach, Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker.
Selon les auteurs, lors des tests, le poisson biohybride a dépassé la vitesse de locomotion des systèmes musculaires biohybrides précédents. Il a maintenu une activité spontanée pendant 108 jours. En revanche, précisent les auteurs, les poissons biohybrides équipés de muscles à une seule couche ont montré une détérioration de leur activité dès le premier mois.
Les données de cette étude démontrent le potentiel des systèmes bicouches musculaires et de la signalisation mécano-électrique comme moyen de promouvoir la maturation des tissus musculaires in vitro, écrivent Lee et ses collègues.
“Pris ensemble”, concluent les auteurs, “la technologie décrite ici peut représenter un travail fondamental vers l’objectif de créer des systèmes autonomes capables de régulation homéostatique et de contrôle comportemental adaptatif.”
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Poisson biohybride autonome – fabriqué à partir de cellules cardiaques humaines – nage comme le cœur bat.
Référence : “An Autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics” par Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, David G. Matthews, Sean L. Kim, Carlos Antonio Marquez, John F. Zimmerman, Herdeline Ann M. Ardoña, Andre G. Kleber, George V. Lauder et Kevin Kit Parker, 10 février 2022, Science.
DOI : 10.1126/science.abh0474
