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"Récupération des cellules après une crise cardiaque : des chercheurs démêlent les mécanismes de guérison par des vésicules extracellulaires (exosomes) et démontrent leurs capacités d’actions bénéfiques sur un cœur sur puce" par Leah Burrows

Traduction et compléments de Jacques Hallard

mercredi 4 novembre 2020, par Burrows Leah

ISIAS Santé

Récupération des cellules après une crise cardiaque : des chercheurs démêlent les mécanismes de guérison par des vésicules extracellulaires (exosomes) et démontrent leurs capacités d’actions bénéfiques sur un cœur sur puce

Ajout de compléments sur les systèmes d’organes sur puce et sur les vésicules extracellulaires (VE) ou exosomes

Auteur : Leah Burrows | Press contact - Titre de l’article traduit par Jacques Hallard : Reviving cells after a heart attack ; il a été publié le 14 octobre 2020 par Science Daily - Source de l’information : Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences – Article original à lire sur ce site : https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201014171322.htm

Accès aux compléments ajoutés sur les systèmes d’organes sur puce et sur les vésicules extracellulaires (VE) ou exosomes

Résumé de l’article traduit

Des chercheurs ont dévoilé les mécanismes potentiels derrière le pouvoir de guérison des vésicules extracellulaires et ils ont démontré leur capacité non seulement à raviver les cellules après une crise cardiaque, mais aussi à maintenir les cellules en état de fonctionnement lorsqu’elles ont été privées d’oxygène pendant une crise cardiaque. Les chercheurs ont démontré cette fonctionnalité dans les tissus humains à l’aide d’un cœur sur puce avec des capteurs intégrés qui suivaient en continu les contractions du tissu.

Heart attack concept | Credit : © peterschreiber.media / stock.adobe.com

Illustration du concept de crise cardiaque (stock image). Credit : © peterschreiber.media / stock.adobe.com

Les vésicules extracellulaires (VE) - des messagers de taille nanométrique qui voyagent entre les cellules pour fournir des signaux et une charge - sont des outils prometteurs pour la prochaine génération de thérapies pour des pathologies comme des maladies auto-immunes et neuro-dégénératives, des cancers et des lésions tissulaires. Il a déjà été annoncé que les vésicules extracellulaires (VE) dérivées des cellules souches se sont traduites par un rétablissement des cellules cardiaques après une crise cardiaque ; mais la spécificité des VE de cellules souches est restée un mystère pour expliquer comment elles le font exactement et aussi efficacement.

Récemment, des chercheurs de la ‘Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences’ (SEAS) ont mis au jour les mécanismes potentiels concernant le pouvoir de guérison des VE et démontré leurs capacités, non seulement à raviver les cellules après une crise cardiaque, mais aussi à maintenir les cellules en état de fonctionnement lorsqu’elles sont privées d’oxygène lors d’une crise cardiaque. Les chercheurs ont démontré cette fonctionnalité dans les tissus humains à l’aide d’un cœur sur puce avec des capteurs intégrés qui suivaient en continu les contractions du tissu.

L’équipe a également démontré que ces voyageurs intercellulaires pouvaient être dérivés de cellules endothéliales, qui tapissent la surface des vaisseaux sanguins et qui sont plus abondantes et plus faciles à entretenir que les cellules souches.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue ‘Science Translational Medicine’.

« Notre technologie d’organe sur puce a progressé au point où nous pouvons désormais lutter contre les cibles médicamenteuses au lieu de lutter contre la conception de la puce », a déclaré Kit Parker, professeur à la ‘Tarr Family Bioengineering and Applied Physics auprès de l’organisme SEAS et auteur principal de l’étude. « Avec cette étude, nous avons imité une maladie humaine sur une puce avec des cellules humaines et développé une nouvelle approche thérapeutique pour la traiter ».

Les crises cardiaques, ou infarctus du myocarde, surviennent lorsque le flux sanguin vers le cœur est bloqué. Bien sûr, la meilleure façon de traiter une crise cardiaque est de rétablir la circulation sanguine, mais ce processus peut en fait causer davantage de dommages aux cellules du cœur. Les lésions dites d’ischémie-reperfusion (IRI) ou de réoxygénation surviennent lorsque l’apport sanguin revient aux tissus après une période de manque d’oxygène.

« La réponse cellulaire à l’IRI implique de multiples mécanismes, tels que la surcharge en calcium et en protons, le stress oxydatif, le dysfonctionnement mitochondrial et plus », a déclaré Moran Yadid, chercheur postdoctoral au SEAS et au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering et premier auteur de l’article. « Cet ensemble complexe de processus pose un défi pour le développement de thérapies efficaces qui peuvent résoudre chacun de ces problèmes ».

C’est là qu’interviennent les VE dérivés de l’endothélium (EEV). Parce que ces vésicules sont dérivées de tissu vasculaire, qui est uniquement réglé pour détecter le stress hypoxique, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la charge qu’elles transportaient pourrait fournir une protection directe au muscle cardiaque.

Les chercheurs ont cartographié l’ensemble des protéines EEV qui sont ou peuvent être exprimées par les vésicules.

« Étonnamment, même si ces vésicules ne font que cent cinquante nanomètres de diamètre, elles contiennent près de 2.000 protéines différentes », a déclaré Yadid. « Un grand nombre de ces protéines sont liées à des processus métaboliques tels que la respiration, la fonction mitochondriale, la signalisation et l’homéostasie. En d’autres termes, beaucoup de processus liés à la réponse cardiaque au stress. Ainsi, plutôt qu’une molécule thérapeutique, nous pensons que les exosomes contiennent un cocktail de molécules et de protéines qui peuvent, ensemble, aider la cellule à maintenir l’homéostasie, gérer le stress, modifier l’action métabolique et réduire le nombre de blessures ».

L’équipe a testé l’effet des EEV sur les tissus cardiaques humains à l’aide du modèle de cœur sur puce développé par le groupe de biophysique des maladies du SEAS. Les plates-formes d’organes sur puce imitent la structure et la fonction des tissus natifs et permettent aux chercheurs d’observer, en temps réel, les effets des blessures et des traitements dans les tissus humains. Ici, les chercheurs ont simulé un infarctus du myocarde et une réoxygénation sur des puces infusées d’EEV et celles qui ne l’étaient pas.

Les chercheurs ont découvert que, dans les tissus traités avec des EEV, les cardiomyocytes pouvaient mieux s’adapter aux conditions de stress et supporter une charge de travail plus élevée. Les chercheurs ont induit une blessure par trois heures de restrictions d’oxygène suivies de 90 minutes de réoxygénation, puis ont mesuré la fraction de cellules mortes et la force contractile du tissu. Le tissu cardiaque traité avec des EEV avait deux fois moins de cellules mortes et avait une force contractile quatre fois plus élevée que le tissu non traité après une blessure.

L’équipe a également découvert que les cardiomyocytes blessés qui avaient été traités avec des EEV présentaient un ensemble de protéines qui était plus similaire aux protéines non blessées par rapport aux cellules non traitées. De manière surprenante, l’équipe a également observé que les cellules traitées avec des EEV continuaient à se contracter même sans oxygène.

« Nos résultats indiquent que les EEV pourraient protéger le tissu cardiaque des lésions de réoxygénation en partie en complétant les cellules lésées avec des protéines et des molécules de signalisation qui soutiennent différents processus métaboliques, ouvrant la voie à de nouvelles approches thérapeutiques », a déclaré André G. Kléber, professeur invité de Pathologie à la Harvard Medical School et co-auteur de l’étude.

« Les thérapies par cellules exosomales pourraient être bénéfiques lorsque le modèle traditionnel d’une molécule, une cible ne guérira tout simplement pas la maladie », a déclaré Parker. « Avec les vésicules que nous avons administrées, nous pensons que nous adoptons une approche dd type fusil à pompe pour atteindre un réseau de cibles médicamenteuses. Avec notre plate-forme d’organes sur puce, nous serons prêts à utiliser des exosomes synthétiques d’une manière thérapeutique qui pourrait être plus efficaces et plus accessibles avec une fabrication fiable ».

Les résultats de recherche ont été co-écrits par les personnes suivantes : Johan U. Lind, ancien boursier postdoctoral au SEAS et actuel professeur adjoint à l’Université de Copenhague au Danemark ; Herdeline Ann M. Ardoña, ancienne boursière postdoctorale à SEAS et actuelle professeure adjointe à l’Université de Californie à Irvine ; Sean P. Sheehy, Lauren E. Dickinson, Feyisayo Eweje, Maartje M.C. Bastings, Benjamin Pope, Blakely B. O’Connor, Juerg R. Straubhaar et Bogdan Budnik.

Cette recherche a été soutenue par le ‘Harvard Materials Research Science and Engineering Center’ et la ‘National Science Foundation’ sous la subvention DMR-1420570, et le ‘National Center for Advancing Translational Sciences of the NIH’ sous les numéros de prix UH3TR000522 et 1-UG3-HL-141798-01.

Source de l’information : Materials provided by Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. Original written by Leah Burrows. Note : Content may be edited for style and length.

Référence de la revue : Moran Yadid, Johan U. Lind, Herdeline Ann M. Ardoña, Sean P. Sheehy, Lauren E. Dickinson, Feyisayo Eweje, Maartje M.C. Bastings, Benjamin Pope, Blakely B. O’Connor, Juerg R. Straubhaar, Bogdan Budnik, Andre G. Kleber, Kevin Kit Parker. Endothelial extracellular vesicles contain protective proteins and rescue ischemia-reperfusion injury in a human heart-on-chip. Science Translational Medicine, 2020 ; 12 (565) : eaax8005 DOI : 10.1126/scitranslmed.aax8005

Pour citer cette page : MLA APA Chicago - Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. ’Reviving cells after a heart attack : Researchers unravel the healing mechanisms of extracellular vesicles and demonstrate their healing power on a heart-on-a-chip.’ ScienceDaily. ScienceDaily, 14 October 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/...> .

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Heart Attack on a Chip : Scientists Model Conditions of Ischemia on a Microfluidic Device Mar. 30, 2020

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Compléments sur les systèmes d’organes sur puce

Contenu des documents sélectionnés

A. Une puce qui imite les organes - La révolution de l’industrie pharmaceutique - Paris Match

B. Organ-on-a-chip - Un organe sur puce (OOC) From Wikipedia, the free encyclopedia

C. Un front européen sur la technologie des organes sur puce Dernière mise à jour : 13 Mars 2020 - Document ‘cordis.europa.eu’

D. Le réseau EUROoC pose les bases d’une recherche européenne commune pour les organes sur puce 12 octobre 2018 – Document ‘diplomatie.gouv.fr’

E. Laboratoire sur puce d’après Wikipédia

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A. Une puce qui imite les organes - La révolution de l’industrie pharmaceutique - Paris Match | Publié le 25/06/2015 à 17h00 |Mis à jour le 25/06/2015 à 17h01 - Camille Hazard – Photo : La puce électronique ’Organs-of-a-Chip’ a été élue la meilleure conception de l’année 2015 par le Musée du Design de Londres. Wyss/Harvard… - Photo : La puce permet de tester les médicaments. © Wyss/Harvard

Toute reproduction interdite – A consulter sur ce site : https://www.parismatch.com/Actu/Sante/La-puce-qui-va-revolutionner-l-industrie-pharmaceutique-789218

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B.
Organ-on-a-chip - Un organe sur puce (OOC) From Wikipedia, the free encyclopedia

An organ-on-a-chip (OOC) is a multi-channel 3-D microfluidic cell culture chip that simulates the activities, mechanics and physiological response of entire organs and organ systems, a type of artificial organ.[1] It constitutes the subject matter of significant biomedical engineering research, more precisely in bio-MEMS. The convergence of labs-on-chips (LOCs) and cell biology has permitted the study of human physiology in an organ-specific context, introducing a novel model of in vitro multicellular human organisms. One day, they will perhaps abolish the need for animals in drug development and toxin testing.

Although multiple publications claim to have translated organ functions onto this interface, the movement towards this microfluidic application is still in its infancy. Organs-on-chips will vary in design and approach between different researchers. As such, validation and optimization of these systems will likely be a long process. Organs that have been simulated by microfluidic devices include the heart, the lung, kidney, artery, bone, cartilage, skin and more.

Nevertheless, building valid artificial organs requires not only a precise cellular manipulation, but a detailed understanding of the human body’s fundamental intricate response to any event. A common concern with organs-on-chips lies in the isolation of organs during testing. The body is a complex network of physiological processes, making it challenging to simulate a single organ.[1] Microfabrication, microelectronics and microfluidics offer the prospect of modeling sophisticated in vitro physiological responses under accurately simulated conditions.

Traduction en français - Organe sur puce - Un article de Wikipédia, l’encyclopédie libre

Un organe sur puce (OOC) est une puce de culture cellulaire microfluidique 3-D multi-canaux qui simule les activités, la mécanique et la réponse physiologique d’organes entiers et de systèmes d’organes, un type d’organe artificiel. [1] Il constitue l’objet de recherches importantes en génie biomédical, plus précisément en bio-MEMS. La convergence des laboratoires sur puces (LOC) et de la biologie cellulaire a permis l’étude de la physiologie humaine dans un contexte spécifique à un organe, introduisant un nouveau modèle d’organismes humains multicellulaires in vitro. Un jour, ils aboliront peut-être le besoin d’animaux dans le développement de médicaments et les tests de toxines.

Bien que de nombreuses publications prétendent avoir traduit des fonctions d’organes sur cette interface, le mouvement vers cette application microfluidique en est encore à ses balbutiements. La conception et l’approche des organes sur puces varient d’un chercheur à l’autre. En tant que tel, la validation et l’optimisation de ces systèmes seront probablement un long processus. Les organes qui ont été simulés par des dispositifs microfluidiques comprennent le cœur, les poumons, les reins, les artères, les os, le cartilage, la peau et plus encore.

Néanmoins, la construction d’organes artificiels valides nécessite non seulement une manipulation cellulaire précise, mais une compréhension détaillée de la réponse complexe fondamentale du corps humain à tout événement. Une préoccupation commune avec les organes sur puces réside dans l’isolement des organes pendant les tests. Le corps est un réseau complexe de processus physiologiques, ce qui rend difficile la simulation d’un seul organe [1]. La microfabrication, la microélectronique et la microfluidique offrent la perspective de modéliser des réponses physiologiques in vitro sophistiquées dans des conditions simulées avec précision…

Lire l’article complet en anglais sur ce site : https://en.wikipedia.org/wiki/Organ-on-a-chip

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Autres sources d’information :

Human Organs-on-Chips - Wyss Institute - Harvard University - wyss.harvard.edu › technology › human-organs-on-chips

Organ-on-Chip Technology - Emulate • Research - Institut ... research.pasteur.fr › service › access-to-emulate-organ-... -7 oct. 2020 — Organ-on-Chip center. The center is equipped with Emulate technology (multiple Zoé and Orbs). Multiple Organ mimics are available ...

Samy Gobaa - Organ-on-Chip Center • Research - Institut ... research.pasteur.fr › project › organ-on-chip-center -9 oct. 2020 — Working closely with Emulate, the leader in Organs-on-chips, we aim to implement this technology on campus. What are the advantages ?

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C.
Un front européen sur la technologie des organes sur puce Dernière mise à jour : 13 Mars 2020 - Document ‘cordis.europa.eu’

Les modèles animaux et les cultures cellulaires conventionnels ne reflètent pas toujours la physiologie humaine, entrainant ainsi des résultats sujets aux erreurs pendant le développement d’un médicament. La technologie d’organe sur puce associée à des cellules souches humaines constitue une alternative prometteuse, des efforts concertés sont ainsi requis à un niveau européen pour promouvoir cette technologie innovante.

https://cordis.europa.eu/docs/results/images/2020-03/415449.jpg

Photo - © Paul ter Braak_Marinke van der Helm

La technologie d’organe sur puce utilise des micropuces de la taille d’une clé USB contenant des canaux microfluidiques creux souvent tapissés de vaisseaux humains artificiels. L’ajout de cellules humaines spécifiques à l’organe et l’application de forces mécaniques et d’un débit reproduisent l’architecture et les fonctions d’un organe spécifique. En tant qu’alternative prometteuse aux expérimentations animales, ces micropuces pourraient contribuer à réduire la dépendance à l’expérimentation animale du développement de médicaments et des cosmétiques. La valeur hautement prédictive de la technologie d’organe sur puce a le potentiel de surpasser la culture cellulaire et les expérimentations animales standards dans l’anticipation des réponses humaines à des médicaments spécifiques, et de faire de la médecine de précision une réalité. Plus important, elle soulève moins de préoccupations éthiques par rapport aux expérimentations sur les animaux et peut contribuer à une stratégie des 3R (réduire, raffiner, remplacer) pour l’expérimentation animale dans le développement de médicaments.

Le statut de la technologie d’organe sur puce en Europe

L’objectif du projet ORCHID, financé par l’UE, était d’établir une feuille de route pour la technologie d’organe sur puce, ainsi qu’un réseau européen dans ce domaine prometteur. « ORCHID a clairement identifié les forces de ce domaine en Europe, mais aussi les besoins, les défis et les obstacles rencontrés par cette technologie sur le chemin vers une feuille de route européenne », déclare Christine Mummery, coordinatrice du projet et professeure de biologie du développement au Centre médical universitaire de Leyde. Une évaluation du statut de la technologie d’organe sur puce en Europe a permis d’identifier un excellent réseau de communication entre les développeurs, les sociétés qui commercialisent les organes sur puce, les utilisateurs finaux et les régulateurs. Les Pays-Bas, avec leur solide communauté de cellules souches, ont notamment intégré des dérivés de cellules souches aux modalités d’organe sur puce, et ce plus rapidement que d’autres pays. ORCHID a également identifié les obstacles à la mise en œuvre intégrale de la technologie d’organe sur puce, tels que l’incertitude parmi les utilisateurs finaux sur le format qui conviendrait le mieux à leurs applications, l’absence de preuves sur quels modèles d’organe sur puce pourraient remplacer les exigences réglementaires, ainsi que la variabilité de leur solidité et de leur reproductibilité. Pour remédier à cette dernière, ORCHID a suggéré d’introduire des centres de test indépendants afin d’évaluer les performances techniques et la comptabilité biologique des nouvelles conceptions de puces.

Un projet de société sur les organes sur puce propose déjà un pôle pour les parties prenantes

ORCHID a établi la European Organ‑on‑Chip Society EUROoCS pour ancrer le réseau des organes sur puce, fournir une plateforme de dialogue et encourager la recherche vers de nouvelles solutions en matière de soins de santé. EUROoCS organise une réunion annuelle pour la diffusion des résultats et la stimulation de la collaboration. EUROoCS est devenue le pôle de présentation des développements techniques, tels que l’intégration de capteurs dans les puces pour détecter l’évolution des réponses biologiques des cellules. Plus important, elle présente des effets biomédicaux, nutritionnels et toxiques non décelés auparavant dans le cadre de modèles animaux ou de cultures cellulaires dans des formats 2D plus standards.

L’importance de ce projet et les perspectives d’avenir

« La feuille de route ORCHID ouvre clairement la voie à de futures activités de la communauté des organes sur puce vers la mise en œuvre de modèles d’organe sur puce dans la pratique », souligne Mme Mummery. On s’attend à ce que les recommandations formulées au cours du projet encouragent les milieux industriels et universitaires à investir dans la recherche et le développement. EUROoCS jouera un rôle déterminant dans la qualification et la normalisation de la technologie d’organe sur puce, en contribuant à la formation de la nouvelle génération de chercheurs et en communiquant les opportunités de cette technologie dans le domaine de la santé et du bien-être. Les plans incluent l’établissement de centres indépendants de test des organes sur puce intégrés à l’infrastructure européenne des organes sur puce pour continuer à combler le fossé entre les développeurs et les utilisateurs finaux. « Le soutien financier continu de la part des milieux industriels et universitaires ainsi que l’échange d’expertise seront cruciaux à la mise en œuvre de cette technologie dans le domaine des soins de santé », conclut Mme Mummery.

Mots‑clés : ORCHID, technologie des organes sur puce, feuille de route, European Organ‑on‑Chip Society (EUROoCS) - Informations projet ORCHID - N° de convention de subvention : 766884 - Site web du projet Opens in new window - Date de début 1 Octobre 2017 - Date de fin 30 Septembre 2019 - Financé au titre de H2020-EU.1.2.1. - Budget total € 520 472,50 - Contribution de l’UE € 520 472,50 - Coordonné par ACADEMISCH ZIEKENHUIS LEIDEN Pays-Bas

Un saut quantique pour la recherche fondamentale européenneNº 93, JUIN 2020

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Source : https://cordis.europa.eu/article/id/415449-a-european-front-on-organ-on-chip-technology/fr

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D.
Le réseau EUROoC pose les bases d’une recherche européenne commune pour les organes sur puce 12 octobre 2018 – Document ‘diplomatie.gouv.fr’

L’Institut Fraunhofer d’ingénierie des interfaces et de biotechnologie IGB (à Stuttgarten Allemagne) coordonne la mise en place d’un réseau européen de recherche, appelé EUROoC, pour promouvoir la technologie des organes sur puce. Les systèmes d’organes sur puce permettent la reproduction des tissus d’organes humains à très petite échelle. Ils sont considérés comme une alternative d’avenir aux modèles animaux et comme une technologie à fort potentiel pour la recherche pharmaceutique et la médecine personnalisée. Étant donné que le développement de systèmes d’organes sur puce (organ-on-a-chip) nécessite des compétences et une expertise dans des disciplines diverses, l’objectif premier du réseau EUROoC est la formation interdisciplinaire des jeunes scientifiques.

Les systèmes d’organes sur puce sont des plateformes microfluidiques intégrant des tissus humains ou des éléments constitutifs d’organes. Ce sont ainsi des modèles in vitro qui reproduisent les processus biologiques à l’œuvre dans le corps humain, pouvant apporter de nouvelles connaissances précieuses pour la recherche biomédicale fondamentale. Utilisés comme systèmes de test, ils peuvent également contribuer au développement de nouveaux composés pharmaceutiques et ouvrir la voie à une médecine personnalisée. Les systèmes d’organes sur puce combinent les avantages uniques des essais cellulaires classiques et des modèles animaux, et ont le potentiel d’améliorer considérablement la transférabilité des résultats précliniques aux phases cliniques ultérieures. De cette manière, les essais sur les animaux peuvent être réduits et le développement d’innovations médicales peut être rendu plus économique, plus sûr et plus rapide.

Le développement et l’application de systèmes d’organes sur puce nécessitent la combinaison de différentes compétences dans divers domaines scientifiques - de la biologie et la médecine à l’ingénierie et la physique. Ces exigences interdisciplinaires ont conduit à la création du réseau EUROoC, qui démarrera à l’automne 2018 avec le financement de l’Union Européenne dans le cadre du programme très compétitif Marie Skłodowska-Curie Innovative Training Network (MSCA-ITN). Dans ce réseau, des scientifiques universitaires et industriels de toute l’Europe, experts dans différentes disciplines, mettent en commun leurs forces. Onze principaux partenaires contractuels du projet y participent, dont neuf du secteur universitaire, une PME et une autorité de réglementation du domaine de la protection de la santé des consommateurs. En outre, dix organisations partenaires, dont trois institutions académiques, cinq du secteur industriel (parmi lesquelles la société française Transgene SA) et deux autorités de réglementation dans le domaine des médicaments à usage humain, font partie également partie du réseau.

L’un des axes de travail du réseau est la formation interdisciplinaire des jeunes chercheurs. Une prochaine génération de chercheurs sera ainsi formée à tous les aspects du développement et de l’application des systèmes organ-on-a-chip. Outre les aspects scientifiques, l’accent est également mis sur la formation des chercheurs quant à la manière dont ils peuvent commercialiser leurs développements et dont ils doivent traiter les aspects réglementaires et juridiques. Le réseau veut donc contribuer à renforcer la compétitivité de l’Europe dans ce domaine émergent de la recherche.

Sous l’égide d’EUROoC, les chercheurs participants travailleront sur des projets communs dans le but de mettre au point des systèmes avancés d’organes sur puce qui reproduisent les propriétés des tissus organiques de manière aussi réaliste que possible en termes de types de cellules, microenvironnement et structure et fonction des tissus spécifiques des organes. En outre, des concepts d’interconnexion de systèmes d’organes individuels avec des puces multi-organes et d’intégration d’éléments de détection sont également en cours d’élaboration au sein du réseau.

Source : “EUROoC-Netzwerk setzt Grundstein für eine gemeinsame europäische Organ-on-a-Chip-Forschung”, communiqué de presse du Fraunhofer IGB, 13/09/2018 – https://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2018/eurooc.html

Rédactrice : Laura Voisin, laura.voisin[at]diplomatie.gouv.fr – www.science-allemagne.fr

Actualité - Allemagne | Biologie : médecine, santé, pharmacie, biotechnologie

Source : https://www.diplomatie.gouv.fr/fr/politique-etrangere-de-la-france/diplomatie-scientifique-et-universitaire/veille-scientifique-et-technologique/allemagne/article/le-reseau-eurooc-pose-les-bases-d-une-recherche-europeenne-commune-pour-les

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Voir aussi cette introduction d’un article Wikipédia :

E.
Laboratoire sur puce

Un laboratoire sur puce est un dispositif intégré rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire.

Historique et définitions

L’analyse du vivant regroupe trois des quatre raisons majeures ayant entraîné le développement de la microfluidique ; elle représente par conséquent une large part des applications. On considère généralement que le premier dispositif microfluidique d’analyse est celui développé par Terry et al. ; ceux-ci réalisent en 1979 un système miniaturisé d’analyse de gaz par chromatographie sur un substrat de silicium 1. Ils réduisent les dimensions du dispositif de trois ordres de grandeur, tout en intégrant une colonne de séparation d’1,5 m de long, capable de séparer des mélanges gazeux hydrocarbonés en moins de dix secondes. Ce travail est tellement novateur qu’il faut attendre dix ans pour voir émerger des travaux analogues et la rationalisation du concept : Manz et al. proposent en 1990 la notion de « systèmes miniaturisés d’analyse chimique totale » (miniaturized total chemical analysis systems), plus tard abrégé en « microTAS » (micro total analysis systems, microsystèmes d’analyse totale)2. Ce terme regroupe les systèmes miniaturisés, possédant généralement une dimension micrométrique, qui intègrent la séquence complète d’analyse d’un échantillon brut jusqu’à la lecture du résultat. Le concept de « laboratoire sur puce » (lab-on-a-chip, LOC), plus général, émerge plus tard, quand il s’avère que les technologies de microTAS ont d’autres applications que la chimie analytique. La notion de laboratoire sur puce est moins restrictive que celle de microTAS : un laboratoire sur puce ne contient pas nécessairement l’intégralité de la chaîne d’analyse, alors que c’est la définition d’un microTAS ; les laboratoires sur puce de synthèse chimique ne sont par exemple pas des microTAS3. On peut définir un laboratoire sur puce comme un dispositif intégré rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire.

Débuts

Les premiers travaux des années 1990 consistent en la miniaturisation de dispositifs d’analyse chimique. Manz et al. utilisent des techniques de photolithographie, d’oxydation et de gravure chimique pour réaliser des puces d’électrophorèse capillaire sur silicium 4. L’application de plus fortes tensions électriques, nécessaire pour rendre l’analyse plus rapide et performante, incite rapidement à se tourner vers le verre. Harrison et al. développent ce concept en réalisant, sur une puce en verre, un système intégré d’électrophorèse capillaire, comprenant des pompes électro-osmotiques 5,6. Ces travaux novateurs démontrent à l’époque les potentialités des systèmes d’analyse miniaturisés ; de nombreuses équipes de recherche décident alors de développer de tels dispositifs, entraînant de nombreuses avancées technologiques7.

Développement récent

Les travaux sur les laboratoires sur puce et les microTAS trouvent rapidement leur place. Des journaux comme Electrophoresis ou Anal. Chem. les accueillent à bras ouverts. La conférence internationale annuelle microTAS (International conference on miniaturized systems for chemistry and life sciences) existe depuis 19948 ; le journal Lab on a Chip, publié par RSC Publishing, est créé en 2001. Les travaux récents dans le domaine des laboratoires sur puce et des microsystèmes d’analyse totale font régulièrement l’objet de revues de la littérature9,10,11.

Applications

La chimie analytique et la biologie moléculaire participent fortement au développement de la microfluidique et des laboratoires sur puce ; la majorité des applications relève donc de ces domaines. En 2002, Auroux et al. en proposent une revue assez complète, en particulier concernant les opérations standard d’analyse chimique12. Des laboratoires sur puce sont actuellement développés pour l’étude de la plupart des molécules et macromolécules biologiques : ADN 13,14, protéines et peptides 15,16, cellules 17,18, anticorps et antigènes 19,20 et sucres 21,22. Les applications visées en recherche et développement sont le diagnostic clinique (grippe aviaire 23, cancer 24), notamment en « point de service », et la recherche pharmaceutique 25 : les techniques miniaturisées permettent de réaliser des criblages parallélisés haut débit pour la découverte de médicament. Les techniques de surveillance biomédicale en point de service sont également généralisées à la sécurité sanitaire des aliments et l’analyse chimique environnementale, afin de contrôler la qualité de la nourriture ou la pollution des cours d’eau 26. Par ailleurs, une part non négligeable des financements de recherche sur les laboratoires sur puce provient des fonds alloués à la lutte contre le bioterrorisme ; on voit par exemple apparaître des dispositifs de détection du gaz sarin dans le sang27. Les Sandia National Laboratories jouent un rôle important dans le domaine de la biodéfense. Pour finir, les laboratoires sur puce ne sont pas limités à l’analyse biologique ; ils peuvent également servir de réacteurs chimiques. Les dimensions réduites des systèmes microfluidiques permettent en effet un meilleur contrôle et une meilleure détection des réactions chimiques, notamment du mélange de réactifs3,28.

Protéomique

La recherche protéomique est un domaine de recherche post-génomique très actif ; de nombreux travaux menés en microfluidique et sur les laboratoires sur puce sont liés à l’analyse des protéines et de leurs fonctions16,29,30,31. La miniaturisation de l’analyse protéomique est motivée par le gain de performance du « triangle analytique »32. Freire et al. identifient quatre fonctions majeures indispensables à la protéomique sur puce : le traitement chimique, la préconcentration et le nettoyage, les séparations chimiques et les interfaces avec la spectrométrie de masse (pour analyse)33. Ils rappellent l’importance (et la difficulté) de développer les différents modules et de les intégrer sur un même support. Les opérations typiques réalisées sur puce sont la séparation rapide et l’analyse de digests de protéines34 ; des résultats très encourageants sont obtenus, notamment par Li et al. : cette équipe a développé une réelle plate-forme protéomique d’analyse SPE-CE-MSNote 1 de digests de protéines ; la plate-forme, équipée d’une dispense d’échantillons automatisée, est capable de traiter douze échantillons par heure35.

Source de l’article complet avec notes et références : https://fr.wikipedia.org/wiki/Laboratoire_sur_puce

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Compléments sur les vésicules extracellulaires (VE) ou exosomes

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F. Introduction d’un article de Wikipédia sur les vésicules extracellulaires (VE) ou exosomes

G. Vésicules extracellulaires, biomarqueurs et bioeffecteurs du syndrome métabolique Par Soazig Le Lay,1 M. Carmen Martinez,1,2 and Ramaroson Andriantsitohaina1,2* 1UMR Inserm 1063

H. Exosomes, vésicules extracellulaires et dialogue inter-organes - Exosomes, extracellular vesicles, and inter-organ communication - Author links open overlay panel AlexiaBlandin Soazig Le Lay - De A. Blandin •‎2020 -

I. Immunothérapie - Les vésicules extracellulaires, nouvelle piste thérapeutique contre le cancer Par Charlotte Arce - Publié le 16.09.2019 à 18h30 – Document ‘pourquoidocteur.fr

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F.

Introduction d’un article de Wikipédia sur les vésicules extracellulaires (VE) ou exosomes

Les exosomes sont des vésicules de 30 à 90 nm1, qui sont déversées par une cellule dans son environnement. À la différence des ectosomes, ils relarguent directement leur contenu intracellulaire dans le milieu extracellulaire (les ectosomes les relarguent empaquetés à l’intérieur de vésicules plus ou moins durables). Ils ont été décrits pour la première fois en 19832.

Formation

Elles peuvent être formées par tous les types cellulaires et notamment par les lymphocytes, les plaquettes, les mastocytes, les cellules dendritiques, les cellules souches, les astrocytes ou les cellules tumorales. Les exosomes sont formés à partir des endosomes tardifs : la membrane endosomale s’invagine et il y a formation de vésicules dans ce compartiment. Cette structure est appelée corps multivésiculaire[réf. nécessaire]. L’endosome peut ensuite aller fusionner avec le lysosome ce qui aboutira à sa dégradation ; ou alors, l’endosome peut fusionner avec la membrane plasmique et cette fusion permet la libération des exosomes dans l’espace extracellulaire. Les exosomes contiennent différents constituants tels que des acides nucléiques et des protéines. Ces protéines se retrouvent dans le cytosol ou les compartiments endosomaux, jamais dans le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les mitochondries ou le noyau3. Les exosomes peuvent circuler dans le sang et jouer ainsi un rôle à distance de leur lieu de production4.

Formation des exosomes dans la cellule :

Rôles

Les exosomes servent de véhicule de transport et d’expulsion de composants cellulaires. Les exosomes assurent les mêmes fonctions que leur cellule parentale. En outre, ils servent à la communication cellulaire en transférant des ARN messagers et des microARN 5 et peuvent par exemple jouer un rôle dans l’immunité cellulaire, comme pour le relargage de CMH II 6. Les virus, comme les VIH utilisent aussi les exosomes à des fins de transport et de camouflage. Ces derniers participent également à la croissance des tumeurs7 et pourraient contribuer à la genèse de la maladie d’Alzheimer 8.

Utilisation expérimentale en thérapeutique

Des recherches envisagent l’utilisation d’exosomes contenant des molécules thérapeutiques pour soigner les maladies autoimmunes ou le cancer. Des essais ont été effectuées sur un modèle animal d’hypertension artérielle pulmonaire avec des exosomes issus de cellules stromales du mésenchyme, permettant une amélioration de la maladie9. Des essais cliniques sur la souris pour le traitement des cancers du pancréas ont montré des résultats prometteurs en améliorant le taux de survie des souris10. Ces recherches utilisent en 2017 des exosomes modifiés génétiquement pour introduire des ARN interférents dans les cellules cancéreuses11. En 2006, une expérience impliquant les exosomes mais réalisé par vaccination directe avec de l’ADN plasmidique a été tentée avec succès12. L’un des problèmes est l’obtention et l’isolement des exosomes. les techniques utilisées sont la centrifugation 13, l’ultrafiltration 14 ou l’immunoprécipitation 15.

Des études récentes ont montré que l’alcalinisation lysosomale par la chloroquine favorise la sécrétion d’exosomes hébergeant l’α-synucléine ainsi que le domaine intracellulaire de l’APP, mais pas les APP-CTF [réf. à confirmer]16, 17…. » - Article complet avec notes et références sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Exosome_(v%C3%A9sicule)

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G.
Vésicules extracellulaires, biomarqueurs et bioeffecteurs du syndrome métabolique Par Soazig Le Lay,1 M. Carmen Martinez,1,2 and Ramaroson Andriantsitohaina1,2* 1UMR Inserm 1063 « Stress oxydant et pathologies métaboliques », Institut de Biologie en Santé - IRIS, 4 rue Larrey, Angers, France - 2Centre hospitalo-universitarire d’Angers, 4 rue Larrey, Angers, France - Corresponding author : *ramaroson.andriantsitohaina@univ-angers.fr - Med Sci (Paris). 34(11) : 936–943. doi : 10.1051/medsci/2018239.- Document ‘ipubli.inserm.fr/’

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Les vésicules extracellulaires

Les vésicules extracellulaires (VE) ont longtemps été considérées comme des convoyeurs de déchets utilisés par la cellule pour se débarrasser de molécules nocives ou inutiles. Elles sont aujourd’hui reconnues comme des vecteurs de matériel biologique capables de transférer ce contenu entre cellules.

Biogenèse

Les VE correspondent à des nanovésicules qui sont dérivées des membranes cellulaires et sont sécrétées dans le milieu extracellulaire. Elles circulent à la faveur des nombreux fluides de l’organisme (sang, lymphe, urine, lait, etc.). Ces vésicules, hétérogènes en taille et d’origines cellulaires diverses, ont reçu de nombreuses dénominations : exosomes, microvésicules, microparticules, prostasomes, oncosomes, neurosphères, corps apoptotiques, etc. Une nomenclature a récemment été proposée par la communauté scientifique internationale distinguant essentiellement deux sous-types de VE : les microvésicules (MV) et les exosomes (Figure 1).

Les exosomes - Les exosomes (d’un diamètre compris entre 30 et 100 nm) désignent des VE qui dérivent des vésicules intraluminales formées lors de la maturation des corps multivésiculaires (CMV). Elles sont sécrétées dans le milieu extracellulaire après fusion des CMV avec la membrane plasmique [1]. Leur formation implique l’assemblage de quatre complexes ESCRT (endosomal sorting complex required for transport) [1]. La biogenèse exosomale, initiée par l’accumulation de tétraspanines (CD9 et CD63) dans la membrane endosomale, est suivie du recrutement séquentiel d’ESCRT-0 et d’ESCRT-I, qui vont ségréger des cargos transmembranaires ubiquitinylés. Le recrutement du sous-complexe ESCRT-III, via ESCRT-II, induit ensuite la courbure et la fission des vésicules intraluminales (à l’origine des futurs exosomes). Une voie connexe de formation des exosomes implique les protéines syndecans et synténine, mais la participation des ESCRT dans les mécanismes régissant la sortie de ces cargos reste à déterminer. Une formation d’exosomes indépendante du complexe ESCRT a été décrite ; elle fait intervenir une régulation par les tétraspanines (CD9, CD63 ou CD81) et certains lipides (des céramides) [2]. L’adressage à la membrane des exosomes formés dans les CMV et leur sécrétion engagent des protéines de trafic membranaire de la famille des petites protéines G (GTPases), telles que Rab11, Rab35 et Rab27. Alors que Rab11 et Rab35 réguleraient le trafic des vésicules endosomales précoces vers la membrane plasmique, Rab 27 interviendrait plutôt dans l’adressage à la membrane cellulaire des endosomes tardifs (lysosomes) [3].

Les exosomes participent à de nombreuses réponses physiopathologiques. Plusieurs études ont ainsi démontré leur capacité à réguler la réponse immunitaire et anti-tumorale, notamment par leur capacité à transférer des molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) entre cellules immunitaires [4].

Les microvésicules - Les MV, de taille comprise entre 50 nm et 1 µm résultent d’un bourgeonnement de la membrane plasmique consécutif à un remodelage du cytosquelette lié une élévation de la concentration en calcium cytoplasmique. Cette augmentation du calcium intracellulaire stimule une machinerie enzymatique qui conduit à l’externalisation de la phosphatidylsérine (PS), un phospholipide membranaire, du feuillet interne vers le feuillet externe de la membrane plasmique [5]. La perte de l’asymétrie de la membrane qui en résulte provoque une surcharge transitoire du phospholipide aboutissant à la formation de bourgeons à partir desquels sont émises les MV. Cependant, certaines MV ne présentent pas de PS externalisée, ce qui suggère que d’autres mécanismes, encore mal caractérisés, contribueraient à la formation de ces MV. La sécrétion des MV dépend de la voie de signalisation Rho GTPase et des kinases associées à Rho. À l’image des exosomes, les MV véhiculent des messages biologiques entre de nombreux types cellulaires et sont associés au développement de diverses pathologies. Dans des cellules spécialisées, comme les plaquettes, les MV porteuses de PS possèdent un fort potentiel coagulant. Elles ont ainsi suscitées un fort intérêt comme outils diagnostiques dans les maladies pro-thrombotiques [6].

Isolement et caractérisation des sous-types de vésicules extracellulaires

Le protocole d’isolement des VE le plus communément utilisé consiste en des centrifugations différentielles afin de concentrer les MV (entre 10 000 × g et 20 000 × g) ou les exosomes (à 100 000 × g). Cependant, cette approche, qui repose sur la différence de taille entre les deux types de vésicules, ne tient pas compte de leur origine subcellulaire et du chevauchement de leur taille (entre 50 nm et 1 µm pour les MV et entre 30 et 100 nm pour les exosomes). Ainsi, la communauté scientifique internationale s’est positionnée afin de déterminer des pré-requis permettant de valider ou non l’isolement et la présence de VE dans les extraits tissulaires et les fluides corporels. Une combinaison de techniques permettant de déterminer des critères morphologiques, biophysiques et biochimiques est ainsi définie pour caractériser les sous-types de VE isolées [7]. La microscopie électronique reste la technique de référence pour déterminer la morphologie et la taille des vésicules. Des technologies récentes, fondées sur l’analyse du mouvement brownien (suivi individuel des particules - Nanosight®, Malvern Panalytical) ou de la résistivité, lors du passage des vésicules au travers d’un pore (tunable resistive pulse sensing, TRPS - qNano, Izon®), permettent désormais d’évaluer leur concentration et leur taille. Du fait de leur origine subcellulaire différente, les MV et les exosomes présentent des signatures protéiques qui leur sont spécifiques et permettent de les distinguer [8, 9]. Des stratégies alternatives (chromatographie par exclusion de taille, immunocapture, etc.) permettent également l’isolement de VE, qui présenteront cependant des caractéristiques différentes de celles purifiées par centrifugation différentielle [7].

Composition, adressage et interactions cellulaires des vésicules extracellulaires

Composition des vésicules extracellulaires Les VE sont constituées d’une bicouche lipidique délimitant un contenu varié de protéines solubles ou membranaires, de lipides, de métabolites et d’acides nucléiques.

Les nombreuses analyses protéomiques, lipidomiques et génomiques (regroupées dans la base de données EVpedia [10]) ont permis de répertorier les différents cargos transportés par les vésicules. Résultat de leur processus de biogenèse, les exosomes sont enrichis en protéines impliquées dans la sortie endosomale, comme les tétraspanines (Tsg101 [tumor susceptibility 101], CD9, CD63) ou Alix (ALG-2 interacting protein X). Ces marqueurs sont bien souvent utilisés pour caractériser cette population de vésicules et/ou les isoler par immuno-affinité. Cependant, différents sous-types d’exosomes peuvent co-exister, reflétant probablement des voies connexes de biogenèse [8]. Les MV présentent à leur membrane des antigènes fonctionnels et/ou des molécules d’adhérence provenant de la cellule émettrice, une propriété utilisée pour déterminer leur origine cellulaire par cytométrie en flux. Certaines familles de protéines sont toutefois enrichies dans les deux sous-types de vésicules. On retrouve ainsi des protéines du cytosquelette (actine, tubuline), du CMH, des chaperones (Hsp [heat shock protein], endoplasmine), de la matrice extracellulaire, des protéines liant les acides nucléiques (protéines ribosomales 40S et 60S, histones, facteurs d’élongation), des enzymes métaboliques (souvent mitochondriales), et des protéines impliquées dans le trafic membranaire (annexines, Rab GTPases) [9].

Différents types d’acides nucléiques (ADN, ARN, ARNm, ARN interférents ou petits ARN non codants) sont également véhiculés par les VE. Les mécanismes régissant la circulation de cette information génique associée aux VE restent cependant à élucider. Un adressage particulier de ces acides nucléiques vers les MV reposerait sur une séquence non codante servant de code-barres [11].

Adressage et interactions cellulaires des vésicules extracellulaires L’interaction des MV et des exosomes avec les cellules cibles et le transfert de leur contenu modulent la réponse cellulaire. L’induction d’une activité luciférase dans des cellules dendritiques (transfectées par un système gène/rapporteur luciférase) par des exosomes chargés en luciférine illustre le transfert de protéines cytosoliques [12]. Un tel transfert peut aussi impliquer des ARNm codants ou des petits ARN interférents qui rendront silencieux des gènes de la cellule réceptrice.

Les VE utilisent des mécanismes variés pour interagir avec les cellules, mécanismes qui peuvent conduire à l’activation de cascades de signalisation dans les cellules cibles. Le mode d’action des VE sur les cellules cibles dépend des protéines et des glycoprotéines qui sont présentes à la surface des VE et de celles qui sont exprimées par les cellules cibles [13] (Figure 2). Les VE peuvent ainsi se lier aux cellules via des récepteurs membranaires spécifiques. L’interaction ligand (présent sur les VE)/récepteurs peut soit stimuler des cascades de signalisation intracellulaire soit être suivi d’une internalisation des vésicules recouvertes de clathrine. La membrane des VE peut aussi fusionner directement avec la membrane de la cellule cible avec, ou non, endocytose (macropinocytose, phagocytose), et in fine libération de son contenu dans le cytosol. Elle peut également fusionner, après endocytose, avec les endosomes dans le cytoplasme.

Le syndrome métabolique

Le syndrome métabolique (SMet) désigne l’association d’un ensemble de troubles physiologiques (excès de poids, hypertension artérielle) et biochimiques (altérations glucidiques et lipidiques) qui augmentent le risque de diabète de type 2, de maladies cardiovasculaires et de cancers. Malgré les efforts réalisés pour définir des critères internationaux qualifiant le SMet, des divergences quant aux valeurs de référence à retenir perdurent (Tableau I). En France, la prévalence du SMet est corrélée à celle de l’obésité, et est estimée entre 14 et 21 % selon la définition de SMet retenue [14]. Cette prévalence, qui est indépendante du sexe, reste cependant inférieure à celle d’autres pays développés et est influencée par de nombreux facteurs socioéconomiques (habitudes alimentaires, sédentarité, alcoolisme, tabagisme, etc.).

Tableau I.	{{}}	WHO	NCEP-ATPIII	IDF
Composant prioritaire	Insulinémie élevée Deux des critères suivants :	Trois des critères suivants :	Obésité centrale (spécifique du genre et de l’ethnie) Deux des critères suivants :

Contour de taille	> 94 cm hommes > 80 cm femmes	> 102 hommes > 88 femmes	≥ 94 cm hommes ≥ 80 cm femmes

Triglycérides	≥ 150 mg/dL	≥ 150 mg/dL	≥ 150 mg/dL

HDL-cholestérol	< 35 mg/dL hommes < 39 mg/dL femmes	< 40 mg/dL hommes < 50 mg/dL femmes	< 40 mg/dL hommes < 50 mg/dL femmes

Glycémie	≥ 110 mg/dL	≥ 110 mg/dL	≥ 110 mg/dL ou diabète de type 2

Pression artérielle	≥ 140/90 mm Hg	≥ 130/85 mm Hg	≥ 130/85 mm Hg

Critères de diagnostic de syndrome métabolique (SMet) selon les organisations. WHO : World health organization ; NCEP-ATPIII : National cholesterol education program- adult treatment. Panel III ; IDF : International diabetes fundation ; HDL : lipoprotéine de haute densité.|
Les vésicules extracellulaires, biomarqueurs des différentes composantes du syndrome métabolique

L’ensemble des facteurs de risque qui contribuent à la genèse et au maintien du SMet influence la production de VE (Tableau II).

Tableau II.	{{}}	Caractéristique	Références	{{}}
Obésité	[VE] circulante augmentée Sécrétion de VE adipocytaires	[9, 16]

Dyslipidémie	[VE] circulante élevée	[18, 19]

Hypertension artérielle	[VE] circulantes augmentée chez le rat	[21]

Résistance à l’insuline et diabète de type 2	[VE] circulantes augmentée chez l’homme Corrélation positive entre VE monocytaires et sensibilité à l’insuline	[23, 24].

Syndrome métabolique (SMet)	[VE] plaquettaires, endothéliales et érythrocytaires augmentée Corrélation entre taux de VE exprimant le facteur tissulaire et nombre de critères du SMet	[25, 26] [27]

Utilisation des vésicules extracellulaires (VE) comme biomarqueurs potentiels pour le pronostic/diagnostic des complications métaboliques.

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L’obésité - L’obésité viscérale est considérée comme le facteur le plus délétère, car elle prédispose au développement d’une résistance à l’insuline (RI), ce qui favorise l’accumulation de dépôts lipidiques, l’athérosclérose et l’hypertension. Chez les patients obèses, le tissu adipeux est infiltré de macrophages pro-inflammatoires qui contribuent à entretenir l’inflammation chronique de bas-grade associée à l’obésité [15].

Au cours de l’obésité, la concentration circulante de VE est augmentée [16]. Ces VE ont pour origine les plaquettes, les cellules endothéliales et les leucocytes. Le tissu adipeux sécrète également des VE en quantité importante [9]. Néanmoins, la contribution de ces VE adipocytaires dans l’augmentation des VE circulantes est à ce jour inconnue.

La dyslipidémie - Des concentrations plasmatiques élevées de cholestérol LDL (lipoprotéines de faible densité) et de triglycérides sont le reflet d’une alimentation riche en lipides et en glucides. Ces conditions induisent l’apoptose des cellules hépatiques in vitro et des animaux nourris avec un régime riche en graisses développent des stéatoses hépatiques [17]. L’accumulation de LDL dans les monocytes-macrophages infiltrés dans la paroi vasculaire facilite leur transformation en cellules spumeuses menant à la formation de la plaque d’athérome.

Les animaux hyperlipémiques sans altération de métabolisme glucidique présentent une concentration circulante de VE dérivées des monocytes élevée [18]. Des résultats similaires sont observés chez des patients hypertendus souffrant d’hyperlipémie [19].

L’hypertension artérielle - L’augmentation de la pression artérielle (PA) au cours d’un SMet reflète l’interaction complexe entre différents systèmes de régulation. La sécrétion d’angiotensine II par le tissu adipeux régule la production d’aldostérone qui joue un rôle crucial dans le contrôle de la PA [20]. L’augmentation de l’activité du système nerveux sympathique associée à l’hyperinsulinémie contribue au développement de l’hypertension.

La concentration circulante de VE, principalement des MV, est augmentée dans des modèles d’animaux hypertendus [21]. En outre, plusieurs études ont montré le fort potentiel des MV d’origine endothéliale, ou plus généralement circulantes, comme marqueur pronostique/diagnostique des pathologies athérothrombotiques [6].

Résistance à l’insuline et diabète de type 2 - L’activation du récepteur de l’insuline conduit à l’absorption du glucose et à l’augmentation de la synthèse du glycogène et de la synthèse protéique, ce qui permet d’accroître les réserves énergétiques. L’obésité est associée au développement d’une résistance à l’insuline (RI), ce qui se traduit par une réduction des effets métaboliques de l’hormone, à savoir un défaut d’entrée de glucose et une moindre inhibition de la lipolyse dans les tissus insulino-dépendants [22], ce qui engendre une hyperlipémie. Les lipides en excès vont alors se déposer de manière ectopique dans le foie, le muscle squelettique, le cœur ou dans les vaisseaux, conduisant à des phénomènes de lipotoxicité. Au niveau hépatique, le défaut de régulation de la glycogénolyse et la gluconéogenèse dans la RI favorise l’hyperglycémie. Au niveau de l’endothélium vasculaire, la RI réduit la production de monoxyde d’azote et augmente la vasoconstriction, avec pour résultat une hypertension. La RI est la principale cause du diabète de type 2. À long terme, la concentration élevée de glucose dans le sang affecte la fonctionnalité de certains tissus et organes (yeux, système nerveux, cœur, vaisseaux, reins, etc.).

Les concentrations circulantes de MV totales, de même que celles dérivées spécifiquement des plaquettes, des monocytes ou des cellules endothéliales, sont significativement augmentées chez les patients atteints de diabète de type 2, comparés à des individus sains [23]. Une corrélation positive entre VE monocytaires et sensibilité à l’insuline des patients diabétiques, de même qu’avec d’autres composantes du SMet, comme l’obésité et la dyslipidémie, a été récemment mise en évidence [24].

Ensemble des composantes du SMet L’imbrication des cinq critères définissant le SMet rend difficile la détermination de la participation de chacun séparément. Cependant, il est clairement établi que les patients atteints de SMet présentent des taux de VE plaquettaires, endothéliales et érythrocytaires élevés par rapport aux personnes saines [25, 26]. Le taux de VE exprimant le facteur tissulaire (FT ou facteur III) est corrélé au nombre de critères du SMet [27] présenté par les patients, et celui de VE exprimant la cystatine C, aux complications métaboliques [28].

Les vésicules extracellulaires, bioeffecteurs sur les tissus cibles

Parallèlement à leur rôle de biomarqueurs, les VE, par leur capacité de transférer leur contenu à des cellules cibles, sont de véritables acteurs de la communication intercellulaire et pourraient jouer un rôle prépondérant dans le SMet. La réponse cellulaire induite par les VE s’avère souvent plus influencée par la qualité des VE, déterminée par leur origine cellulaire et leur composition, que par leur quantité (Figure 3).

Effets vasculaires

La contribution des vésicules extracellulaires plasmatiques à la dysfonction endothéliale souvent associée au SMet a été évaluée dans des expériences dans lesquelles des VE isolées à partir du plasma de patients souffrant ou non de SMet ont été injectées par voie intraveineuse à des souris. Dans ces conditions, les VE de patients présentant un SMet, comparées à des VE isolées d’individus sains, induisent chez les souris des altérations de la réponse de l’aorte à l’acétylcholine [29, 30]. Cette réponse cellulaire induite par les VE de patients repose sur la voie de signalisation Fas/ligand de Fas [30], à l’origine de la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) dépendant de l’activation de la sphingomyélinase neutre [29].

Par ailleurs, des concentrations élevées de glucose ou d’angiotensine-II augmentent la production de MV endothéliales présentant un potentiel pro-oxydant, pro-coagulant et pro-inflammatoire [31, 32]. L’injection de ces MV à des souris reproduit les effets délétères d’une forte exposition au glucose sur les cellules endothéliales, à savoir une altération de la relaxation en réponse à l’acétylcholine et le développement de plaques athéromateuses, en induisant la production d’ERO par ces cellules [32].

L’obésité réduit considérablement le potentiel pro-angiogénique des VE dérivées des cellules mésenchymateuses adipocytaires, notamment en modulant négativement le contenu de facteurs pro-angiogéniques, comme le VEGF (vascular endothelial growth factor), ou du micro-ARN miR-126 [33, 34]. miR-126 est l’un des micro-ARN les plus abondants dans les MV dérivées des cellules endothéliales. Il cible principalement, l’expression de la protéine SPRED1 (sprouty-related EVH1 domain containing 1) et module ainsi les voies de signalisation angiogéniques [34].

Effets métaboliques

L’injection d’exosomes dérivés d’explants de tissu adipeux de souris obèses à des souris saines est suffisante pour induire une résistance à l’insuline associée à une activation macrophagique qui se traduit par une sécrétion accrue de cytokines pro-inflammatoires [35]. Outre les adipokines, qui peuvent moduler la sensibilité à l’insuline [9, 36, 37], les exosomes dérivés du tissu adipeux transfèrent également des micro-ARN qui ciblent spécifiquement les transcrits des protéines de la signalisation insulinique et des voies de signalisation pro-inflammatoires et fibrotiques [38, 39], suggérant leur participation dans le développement du diabète de type 2. Les souris invalidées pour le gène codant le TLR4 (Toll-like receptor 4) sont protégées contre les effets délétères des exosomes dérivés de tissu adipeux de souris obèses, ce qui montre la participation de ce récepteur de l’immunité innée dans la réponse inflammatoire que ces vésicules induisent [35].

Dans les conditions d’hyperlipémie caractéristiques du SMet, les acides gras saturés induisent la production de VE par les hépatocytes, les cellules musculaires et les adipocytes [9, 40, 41]. Ces VE, qui sont enrichies en céramides connus pour leur lipotoxicité, sont capables de transférer ces lipides à des cellules musculaires ou des macrophages [40, 41]. Les VE sécrétées à la suite d’une stimulation lipidique possèdent aussi des propriétés fibrosantes et inflammatoires. De même, les exosomes adipocytaires de sujets obèses peuvent induire une réponse pro-fibrotique dans les hépatocytes [42].

L’ensemble de ces données souligne le rôle potentiel que pourraient jouer les VE dans le développement de la stéatose hépatique non alcoolique (NASH) et suggère leur utilisation à des fins pronostiques/diagnostiques afin d’évaluer la progression de cette maladie [41].

Effets sur le système immuno-inflammatoire

L’athérosclérose, une des complications cardiovasculaires majeures du SMet, se caractérise par une inflammation chronique de l’intima artérielle marquée par l’accumulation de LDL et de cellules apoptotiques. L’oxydation des LDL et la nécrose des cellules apoptotiques vont rendre ces dépôts fortement inflammatoires et immunogènes. L’autophagie endothéliale - en nettoyant et recyclant des composants des cellules tapissant la paroi vasculaire - exerce un rôle protecteur limitant le développement des plaques athéromateuses. Des travaux récents ont mis en évidence une altération de la machinerie autophagique endothéliale par des VE dérivées de cellules musculaires lisses aortiques, capables de moduler l’expression d’acteurs clé de l’autophagie par transfert exosomal de micro-ARN [43].

Les VE dérivées de cellules immunitaires pourraient aussi contribuer à entretenir et amplifier la réponse inflammatoire associée à l’athérosclérose. Les exosomes, qu’ils soient dérivés de macrophages, de cellules dendritiques ou de cellules spumeuses, induisent dans les cellules endothéliales une réponse inflammatoire [44, 45], associée à une activation de NFκB (nuclear factor-kappa B), la production de signaux pro-inflammatoires et l’expression de molécules d’adhérence (ICAM-1, inter cellular adhesion molecule-1). Ces effets peuvent être initiés par le TNFα (tumor necrosis factor alpha) transporté par ces vésicules [45]. Les MV isolées de macrophages inflammatoires renferment également du TNFα. Elles peuvent transmettre des signaux pro-apoptotiques à des cardiomyocytes en interagissant avec les cellules via leurs récepteurs du TNFα [46].

Les VE sont donc des bioeffecteurs qui contribuent à la propagation de signaux pro-inflammatoires. Ils favorisent l’instabilité des plaques d’athérome et conduisent à un infarctus du myocarde.

Interactions hôte/microbiote via les vésicules extracellulaires

Au cours de ces dernières années, de nombreux travaux ont révélé l’importance du microbiote intestinal dans le développement des complications métaboliques. Des dysbioses sont en effet associées à l’obésité et à la sévérité de pathologies hépatiques. Les VE représentent un relai entre l’hôte et son microbiote. Ainsi, les cellules épithéliales intestinales produisent des exosomes enrichis en certains petits ARN qui, captés par les bactéries, moduleront leur croissance et leur profil d’expression génique [47]. De même, les exosomes isolés du microbiote intestinal de souris obèses induisent une RI lorsque transférés à des souris saines [48]. Les VE apparaissent donc comme un nouvel acteur dans la communication complexe reliant l’hôte et son microbiote.

Conclusion

Associées à plusieurs facteurs de risque cardio-métaboliques, les VE pourraient donc représenter de nouveaux biomarqueurs prédictifs de pathologies cardiovasculaires. Connaître la composition des VE et comprendre leurs possibles activités vis-à-vis de leurs cibles cellulaires pourraient permettre de concevoir des stratégies innovantes visant à moduler leur biogenèse et leurs actions. Celles-ci pourraient conduire à une personnalisation des traitements selon les sous-types de VE identifiés chez les patients, leurs compositions et leurs activités biologique

Liens d’intérêt - Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Remerciements - Les auteurs remercient le soutien de l’Inserm, le CHU d’Angers et l’université d’Angers. Ce travail a été soutenu par la Société Francophone du Diabète et la Région Pays de Loire (Mibiogate).

Source de l’article complet avec toutes les références : http://www.ipubli.inserm.fr/bitstream/handle/10608/9896/MS_2018_11_936.html?sequence=16&isAllowed=y

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_H.
Exosomes, vésicules extracellulaires et dialogue inter-organes - Exosomes, extracellular vesicles, and inter-organ communication

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AlexiaBlandin
Soazig Le Lay - de A Blandin · ‎2020 - https://doi.org/10.1016/j.mmm.2020.01.013 Get rights and content

Résumé

Les vésicules extracellulaires (VE), incluant les exosomes et les microvésicules, dérivent des membranes cellulaires et circulent dans l’organisme à la faveur des nombreux biofluides. Ces VE constituent de nouveaux vecteurs de la communication intercellulaire de par leur capacité à transférer du matériel biologique entre cellules/tissus. Les VE sont sécrétées par des cellules de différents tissus ou organes, tels que l’endothélium vasculaire, le tissu adipeux, le muscle, ou encore le foie. De nombreuses données expérimentales et cliniques ont mis en lumière le rôle de ces VE dans le développement des maladies métaboliques. Les VE apparaissent donc comme de nouveaux acteurs de la communication inter-organes, et représentent des biomarqueurs potentiels ainsi que des cibles intéressantes pour le développement d’approches thérapeutiques innovantes.

Summary

Extracellular vesicles (EVs), including exosomes and microvesicles, derive from cell membranes and circulate in body fluids. EVs are considered as new vectors of intercellular communication due to their ability to transfer biological material between cells/tissues. EVs are secreted by different cells from various tissues or organs such as vascular endothelium, adipose tissue, muscle or even liver. Numerous experimental and clinical data have highlighted their role in the development of metabolic diseases. EVs therefore appear as new players in inter-organ communication and represent potential biomarkers as well as interesting targets for the development of innovative therapeutic approaches.

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I.
Immunothérapie - Les vésicules extracellulaires, nouvelle piste thérapeutique contre le cancer Par Charlotte Arce - Publié le 16.09.2019 à 18h30 – Document ‘pourquoidocteur.fr ‘–Illustration Meletios Verras/iStock

Appelées ’vésicules extracellulaires’, ces entités libérées par nos cellules auraient la capacité de transporter une combinaison de médicaments et de gènes pour cibler et détruire les tumeurs cancéreuses.

Mots clés : immunotherapie cellules cancereuses cancer du sein

Longtemps considérées comme de la ’poussière cellulaire’, libérées par nos cellules mais sans aucun bénéfice propre, les vésicules extracellulaires sont peut-être l’avenir de l’immunothérapie dans la lutte contre le cancer.

C’est ce que laisse espérer une nouvelle étude portant sur des souris menée par des chercheurs de l’Université de l’État du Michigan et de l’Université Stanford, et publiée dans la revue Molecular Cancer Therapeutics. Selon ses auteurs, ces particules pourraient devenir des ’mini-transporteurs’ de traitement anti-cancer, c’est-à-dire une combinaison de médicaments thérapeutiques et de gènes qui auraient pour cible les tumeurs cancéreuses.

Le rôle-clé des vésicules extracellulaires

Il faut d’abord comprendre ce que sont ces vésicules extracellulaires. Il s’agit de ’bulles nanométriques’ libérées par les cellules saines de notre corps et qui, comme leurs cellules mères, transfèrent à d’autres cellules notre matériel génétique comme l’ADN et l’ARN.

Une étude publiée en octobre 2018 par le CNRS explique ainsi que les grands atouts des vésicules extracellulaires sont qu’ils ne peuvent pas se diviser, ’limitant le risque de développer un cancer, ne se différencient pas, empêchant qu’elles développent une mauvaise fonction et semblent pouvoir être produites par un seul donneur pour plusieurs patients’.

Ayant déjà montré leur potentiel thérapeutique chez l’animal, ’dans la régénération de lésions cardiaques, hépatiques, ou encore rénales’, les vésicules extracellulaires se sont ici avérées précieuses dans le ciblage des cellules cancéreuses en transportant une combinaison de médicament et de gènes. ’Ce que nous avons fait, c’est d’améliorer une approche thérapeutique pour livrer des gènes producteurs d’enzymes qui peuvent convertir certains médicaments en agents toxiques et cibler les tumeur’, explique ainsi Masamitsu Kanada, auteur principal et professeur adjoint de pharmacologie et toxicologie à l’Institute for Quantitative Health Science and Engineering du MSU.

Initialement des composés inactifs, ces promédicaments s’activent pour lutter contre le cancer quand ils se métabolisent dans le corps. Les chercheurs ont utilisé les vésicules extracellulaires pour délivrer les gènes producteurs d’enzymes qui pourraient activer une association médicamenteuse dans les cellules du cancer du sein.

Un traitement ciblé plus efficace que la chimiothérapie

Un vecteur de gènes a particulièrement retenu leur attention : les minicercles d’ADN qui, une fois chargé de vésicules extracellulaires, ont été plus de 14 fois plus efficaces pour cibler et tuer les tumeurs cancéreuses que la chimiothérapie. ’La thérapie à base de minicercles d’ADN a tué plus de la moitié des cellules cancéreuses du sein chez la souris’, note le Pr Kanada.

Selon lui, cette nouvelle approche thérapeutique pourrait devenir la meilleure option de traitement de cancer, devant la chimiothérapie. ’La chimiothérapie conventionnelle n’est pas capable de faire la différence entre les tumeurs et les tissus normaux, alors elle s’attaque à tout. Cette non-spécificité peut causer de graves effets secondaires et une concentration insuffisante dans les tumeurs.’

Selon lui, utiliser les vésicules extracellulaires permettrait non seulement d’offrir un traitement ciblé, mais aussi de réduire au minimum le risque de réponses immunitaires non désirées qui peuvent découler d’autres thérapies géniques. ’Si les VE s’avèrent efficaces chez les humains, ce serait une plateforme idéale pour l’administration de gènes et ils pourraient être utilisés chez les humains plus tôt que prévu’, conclut-il.

Un essai clinique de phase I qui utilisera les vésicules extracellulaires devrait commencer bientôt aux États-Unis pour le traitement du cancer du pancréas métastatique.

"Récupération des cellules après une crise cardiaque : des chercheurs démêlent les mécanismes de guérison par des vésicules extracellulaires (exosomes) et démontrent leurs capacités d’actions bénéfiques sur un cœur sur puce" par Leah Burrows

Tableau I.

WHO

NCEP-ATPIII

IDF

Tableau II.

Caractéristique

Références