Une technologie inspirée des poissons surveille les tissus cardiaques humains en laboratoire

Des scientifiques ont conçu une nouvelle technique permettant de contrôler les pulsations de tissus cardiaques humains miniaturisés cultivés en laboratoire, sans recourir aux microscopes. Cette avancée pourrait accélérer la mise au point de traitements médicamenteux tout en limitant les expérimentations animales.

Le procédé repose sur la mesure des variations infimes de pression générées par les contractions des tissus cardiaques dans un milieu liquide, offrant aux chercheurs la possibilité de suivre leur activité en temps réel de manière simple et non invasive.

Ces tissus, appelés organoïdes cardiaques, sont des modèles tridimensionnels issus de cellules cardiaques humaines cultivées en laboratoire. Bien qu’ils ne reproduisent pas un cœur entier, ils imitent la contraction du muscle cardiaque ainsi que sa réaction aux médicaments, constituant ainsi un outil précieux pour étudier les maladies cardiovasculaires et tester de nouveaux traitements avant les essais cliniques.

L’utilisation des organoïdes cardiaques se développe comme alternative aux modèles animaux, car ils sont basés sur des cellules humaines, fournissant des résultats plus proches de la réponse réelle de l’organisme aux médicaments. De plus, ils peuvent être produits en grande quantité à moindre coût.

Cependant, l’analyse de ces organoïdes reste techniquement complexe. Les méthodes actuelles reposent principalement sur l’imagerie microscopique et l’analyse d’images, des processus longs et difficiles à étendre à un grand nombre d’échantillons. Par ailleurs, le transfert des organoïdes entre leur milieu de culture et le microscope peut compromettre leur intégrité et accroître les risques de contamination.

Pour pallier ces limites, des chercheurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud, en collaboration avec l’institut Victor Chang pour la recherche cardiaque, ont développé un nouveau système baptisé « plaque biomécanique à puits » (BWP).

Contrairement aux techniques classiques, ce dispositif ne filme pas les mouvements des organoïdes mais mesure les ondes de pression fines qu’ils génèrent en se contractant dans le liquide. Les scientifiques comparent ce mécanisme aux ondulations qui se propagent à la surface de l’eau lorsqu’un caillou y est jeté. Des capteurs très sensibles détectent ces variations de pression et les convertissent en signaux électriques analysables en temps réel.

Le concept s’inspire du « ligne latérale » des poissons, un organe sensoriel leur permettant de percevoir les mouvements de l’eau et les variations de pression environnantes.

Huang-Fong Fan, professeure associée et principale auteure de l’étude à l’université de Nouvelle-Galles du Sud, a expliqué que l’objectif était de fournir un outil plus efficace pour étudier les organoïdes humains, en dépassant les contraintes des méthodes traditionnelles et des modèles animaux.

Elle a ajouté que cette technologie permet de mesurer directement la performance mécanique des organoïdes sans avoir à les déplacer continuellement vers un microscope, rendant les expériences plus rapides et réduisant les risques de contamination.

Les chercheurs estiment que cette innovation pourrait notamment accélérer la mise au point des médicaments, en permettant de surveiller la réaction des tissus cardiaques aux nouveaux traitements dès leur application, facilitant ainsi l’évaluation de leur efficacité et l’élimination précoce des composés inefficaces.

Elle pourrait également soutenir la médecine personnalisée, en cultivant des organoïdes cardiaques à partir des cellules du patient lui-même, puis en testant différents médicaments pour identifier le traitement ou la posologie la mieux adaptée.

L’équipe souligne que cette méthode pourrait aussi contribuer à réduire l’utilisation des animaux dans les expérimentations, d’autant plus qu’une grande partie des médicaments efficaces chez les animaux ne produisent pas les mêmes résultats chez l’humain, renforçant ainsi la nécessité de modèles basés sur des cellules humaines.

Malgré ces résultats prometteurs, la technologie est encore en phase de développement. Les chercheurs travaillent à augmenter le nombre d’échantillons pouvant être examinés simultanément, à améliorer la sensibilité des capteurs et à étendre son application à d’autres types d’organoïdes, comme les tissus nerveux ou musculaires.

Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Nature Sensors.