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« Fixer » les cellules des vaisseaux sanguins pour diagnostiquer les dysfonctionnements de coagulation du sang

The microfluidic device developed at the Wyss Institute emulates the interface between the endothelium and circulating blood, opening new doors to diagnosing blood clotting diseases caused by dysfunction or inflammation of endothelial cells, which line all blood vessels and influence the process of hemostasis. Credit: Wyss Institute at Harvard University

The microfluidic device developed at the Wyss Institute emulates the interface between the endothelium and circulating blood, opening new doors to diagnosing blood clotting diseases caused by dysfunction or inflammation of endothelial cells, which line all blood vessels and influence the process of hemostasis. Credit: Wyss Institute at Harvard University

Un nouveau dispositif microfluidique (puce microfluidique) détecte comment les cellules endothéliales contribuent à l’hémostase.

(BOSTON) — En cas de dysfonctionnement, l’endothélium vasculaire – le tissue qui recouvre les vaisseaux sanguins de l’ensemble du système circulatoire du corps – joue un rôle considérable dans le développement de nombreuses maladies chez l’Homme, parmi lesquelles le diabète, les accidents vasculaires cérébraux, les maladies cardiaques, les infections virales et le cancer. Ceci est dû au fait que les cellules endothéliales sont sensibles au flux sanguin et interagissent également avec les cellules sanguines via les molécules présentes à leur surface, permettant ainsi la modulation de la coagulation sanguine et le fonctionnement des plaquettes. Lorsque l’hémostase a lieu normalement, l’endothélium évite l’hémorragie et la formation de caillot. Cependant, le dysfonctionnement ou l’inflammation de l’endothélium peut générer des coagulations anormales à l’intérieur des vaisseaux sanguins, engendrant des obstructions mortelles de ces derniers ou des hémorragies.

« Les anomalies de coagulation sanguine, ou d’activation des plaquettes, constituent des problèmes médicaux majeurs et la façon de laquelle nous les étudions aujourd’hui est excessivement simplifiée » explique Donald Ingber, M.D., Ph.D., Directeur du Wyss Institute Founding, également appelé « Judah Folkman Professor of Vascular Biology » à la Harvard Medical School et pour le programme de Biologie vasculaire de l’Hôpital des enfants de Boston, mais aussi Professeur de Bio-ingénierie à la Harvard John A. Paulson School d’ingénierie et de sciences appliquées. «  A l’heure actuelle, pour contrôler l’hémostase, les cliniciens ne possèdent pas d’outils prenant en compte les interactions importantes d’un point de vue physiologique qui ont lieu entre les cellules endothéliales et le flux sanguin ».

Jusqu’ici, l’interface très particulière existant entre les cellules endothéliales et le sang circulant dans les vaisseaux n’a pas pu être reproduite avec précision sous forme de dispositif diagnostique adapté, du fait de la difficulté d’incorporer des cellules endothéliales vivantes dans un dispositif robuste d’expérimentation.

Aujourd’hui, une équipe menée par Ingber au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering à l’Université d’Harvard a découvert que les cellules endothéliales n’ont pas besoin d’être « vivantes » pour avoir des effets sur la coagulation sanguine. Un nouveau dispositif développé par cette équipe, publié en août dans la revue Biomedical Microdevices, a pu contrôler la formation de caillots de sang et permettre de diagnostiquer l’efficacité d’une thérapie antiplaquettaire, en produisant à échelle microscopique de minuscules canaux bordés par des cellules endothéliales humaines « fixées » chimiquement et qui imitent les conditions cellulaires et vasculaires du flux sanguin à l’intérieur du corps d’un patient encore mieux qu’une surface nue.

« C’est un dispositif imitant le vivant (bioinspiré) contenant le fonctionnement endothélial d’un patient malade sans utiliser de cellules vivantes à proprement parler, et cela a considérablement amélioré la robustesse du dispositif », a déclaré le premier auteur de l’étude, Abhishek Jain, Ph.D., ancien post-doctorant du Wyss Institute, et qui a récemment été recruté comme professeur assistant en ingénierie biomédicale à l’Université A&M du Texas.

Ce diagnostic de coagulation sanguine peut même être utilisé pour étudier les effets de l’inflammation endothéliale sur les caillots de sang, ce qui peut être particulièrement utile chez des patients souffrant d’athérosclérose, une maladie chronique générant la formation de plaques qui durcissent et rétrécissent les vaisseaux sanguins.

« C’est l’un des premiers exemples de la valeur ajoutée que constituent les systèmes de culture cellulaire microfluidiques dans le cadre de diagnostiques cliniques » a déclaré le co-auteur de l’étude, Andries van der Meer, Ph.D., ancien post-doctorant du Wyss Institute, aujourd’hui professeur assistant à l’Université des technologies appliquées aux cellules souches à Twente, aux Pays-Bas. « En utilisant un tissu mort, fixé chimiquement, on ouvre un chemin encourageant et peu risqué vers le développement d’expérimentations et de produits. »

Une étude précédente, menée par Ingber et son équipe, a mis en évidence que recréer le caractère physique et le flux sanguin de la vascularisation à l’intérieur de canaux microfluidiques leur permettait de prédire le moment précis où pourraient se former des caillots, avec des applications potentielles dans le contrôle en temps réel chez des patients recevant un traitement intraveineux d’anticoagulants, afin de prévenir les complications telles que les accidents vasculaires cérébraux et des occlusions vasculaires. Leur plus récent dispositif ajoute un nouveau niveau de complexité en intégrant la fonctionnalité de l’endothélium vasculaire dans un dispositif de diagnostic qui pourrait être fabriqué, stocké, et expédié à des fins cliniques, ce qui n’avait pas été imaginé possible jusqu’à aujourd’hui.

“Nos efforts pour imiter le système vasculaire de manière concluante à l’intérieur d’un dispositif microfluidique ont mené à deux pistes de développement technologique, qui pourraient potentiellement être combinées à l’avenir pour développer des systèmes mobiles utilisés pour réaliser des diagnostiques et même identifier quels états de la maladie mènent à la formation de caillots dans le sang », affirme Ingber. « Ensemble, ils représentent une nouvelle gamme de micro-dispositifs physiologiquement pertinents, qui intègrent des signaux mécaniques critiques, et qui pourraient avoir un impact à court terme sur la compréhension et la prévention des dysfonctionnements hémostatiques ».

Wyss Institute

Traduction Virginie Bouetel

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