Cultiver des muscles pour la recherche
Un nouveau système de laboratoire permet de développer des modèles miniatures en trois dimensions de tissu musculaire humain
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Un formidable coup de pouce pour la recherche neuromusculaire au Centre hospitalier universitaire BG Bergmannsheil : la clinique de neurologie, en collaboration avec l’Institut Heimer de recherche sur les muscles, a mis en place un système de laboratoire ultramoderne. Celui-ci permet de produire ce que l’on appelle des « organoïdes musculaires ». Il s’agit de modèles miniatures en trois dimensions de tissu musculaire humain, dont la structure et le fonctionnement correspondent très fidèlement à ceux des muscles réels. Grâce à eux, les chercheurs peuvent étudier de manière très réaliste les mécanismes pathologiques et mettre au point de nouveaux traitements pour les maladies musculaires.
Le Dr Felix Kleefeld, maître de conférences, et le Dr Nassam Daya présentent un agrandissement microscopique d'un organoïde musculaire.
BG Universitätsklinikum Bergmannsheil
Les maladies neuromusculaires sont extrêmement variées ; elles peuvent se manifester par une faiblesse musculaire, des douleurs ou des paralysies. Pour de nombreuses formes de ces maladies, les processus pathogéniques sont inconnus et il n’existe souvent pas de traitements efficaces. La clinique et polyclinique neurologiques du Bergmannsheil (directeur : Prof. Dr Tobias Ruck), avec l’Institut Heimer de recherche musculaire qui lui est rattaché, s’est spécialisée depuis de nombreuses années dans l’étude de ces pathologies. Un nouveau système de laboratoire élève désormais les possibilités de recherche au Bergmannsheil à un niveau supérieur.
Mesurer les mouvements musculaires dans un modèle miniature
« Grâce à ce nouvel équipement, nous pouvons cultiver de petits fragments de tissu dont la structure et le fonctionnement ressemblent fortement à ceux du tissu musculaire humain », explique le Dr Felix Kleefeld, maître de conférences et médecin-chef de la clinique neurologique. « Contrairement aux simples cultures cellulaires, qui sont bidimensionnelles, les organoïdes musculaires modernes ont une structure tridimensionnelle et ressemblent donc davantage à la structure naturelle. » La culture de tels organoïdes est toutefois techniquement complexe. Dans un premier temps, des cellules souches musculaires sont prélevées sur un donneur humain ou sur des patients à l’aide d’un échantillon de tissu (biopsie musculaire). Celles-ci sont ensuite multipliées en laboratoire. Les cellules sont ensuite différenciées en trois dimensions au sein d’une structure gélatineuse – dont la consistance est similaire à celle de la gélatine – pour former des mini-muscles (organoïdes) d’environ cinq millimètres.
La particularité de ce nouveau système réside dans le fait que les organoïdes musculaires s’étirent entre deux tiges et peuvent développer une force, à l’instar de véritables muscles. Ces organoïdes peuvent être stimulés, ce qui provoque la contraction du tissu. L’une des tiges d’une paire, entre lesquelles le tissu est tendu, est magnétique. Un capteur enregistre les mouvements les plus infimes de l'organoïde musculaire. Les résultats de ces mesures permettent d'obtenir des données très précises sur le fonctionnement des muscles artificiels et sur leur réaction à une sollicitation, à des médicaments ou à des modifications génétiques.
Comprendre les processus pathologiques au niveau des tissus humains
« Grâce à cette technologie, nous pouvons pour la première fois reproduire les processus pathologiques directement sur des tissus humains », explique le Dr Kleefeld. « Cela nous ouvre des possibilités totalement nouvelles pour développer des thérapies innovantes et tester leur efficacité avec précision. » De manière générale, le système soutient également le concept de médecine personnalisée. En effet, l’utilisation d’organoïdes issus des propres cellules souches du patient permet de reproduire l’évolution individuelle de la maladie et de trouver des approches thérapeutiques sur mesure. Cette approche revêt une importance particulière, notamment dans le contexte des maladies rares.
Le coût d’acquisition du système de laboratoire « Mantarray » s’est élevé à environ 200 000 euros. Il est utilisé dans le laboratoire de recherche de l’Institut Heimer pour la recherche musculaire, au sein de la clinique neurologique du Bergmannsheil. « Ce nouvel équipement renforce le profil du Bergmannsheil en tant que pôle performant dédié à la recherche musculaire innovante, dont le rayonnement dépasse les frontières régionales », se réjouit le professeur Tobias Ruck, directeur de la clinique neurologique du Bergmannsheil.
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