Une nouvelle dimension de la transplantation

Tout comme le corps humain peut être divisé en différents organes - par exemple le cœur, les poumons, les reins, l'intestin ou le foie -, nos cellules se composent de plusieurs systèmes complémentaires et interdépendants, appelés organelles (c'est-à-dire petits organes) dans le jargon médical. Et de même que la vie d'une personne souffrant d'une maladie rénale peut parfois être prolongée de plusieurs décennies par la transplantation d'un rein sain, certaines cellules pourraient peut-être un jour être rafraîchies par la transplantation de composants cellulaires.

A l'aide d'une nano-seringue

Les nouveaux résultats du groupe de recherche de Julia Vorholt, de l'Institut de microbiologie de l'ETH Zurich, montrent que cette expérience de pensée n'est pas une chimère, mais qu'elle est entrée dans le domaine du réalisable techniquement. Comme les scientifiques viennent de le publier dans la revue spécialisée PLos Biology ils ont transplanté des mitochondries d'une cellule vivante à une autre à l'aide d'une nano-seringue qu'ils avaient préalablement mise au point.

C'est dans ces minuscules centrales électriques des cellules que se déroulent les processus biochimiques de la respiration cellulaire, qui s'étaient déjà formés il y a plus de deux milliards d'années chez les bactéries. Plus tard, certaines bactéries ont formé une communauté étroite avec d'autres cellules, ce que l'on appelle l'endosymbiose. Elle joue un rôle central dans la phylogénie de la vie sur Terre : c'est elle qui a permis le développement des champignons, des plantes ou des animaux (y compris nous, les humains), qui sont tous constitués de cellules complexes.

Quand les fils se transforment en colliers de perles

C'est ainsi qu'au fil du temps, les bactéries ancestrales ont donné naissance à des mitochondries : Des organelles qui sont responsables de la production d'énergie dans les cellules complexes actuelles. Dans les cellules humaines, les mitochondries forment un réseau dynamique filiforme. "Les filaments réagissent à la dépression - et se transforment en une sorte de collier de perles, dont certaines mitochondries se détachent", explique Christoph Gäbelein, premier auteur de l'article spécialisé.

A l'aide de nanopipettes cylindriques et à extrémité oblique spécialement conçues pour cette étude, les chercheurs ont percé la membrane cellulaire - et aspiré les mitochondries sphériques. Ils ont ensuite percé la membrane d'une autre cellule et ont pompé les mitochondries hors de la nanopipette pour les réintroduire dans la cellule receveuse.

La position de la nanopipette est contrôlée par la lumière laser d'un microscope à force atomique reconverti. Un régulateur de pression adapte le débit du liquide. Cela permet de déplacer des volumes inimaginables de l'ordre du femtolitre (c'est-à-dire des millionièmes de millionième de millilitre) pendant une transplantation d'organes. "Tant les cellules donneuses que les cellules acceptrices survivent à cette procédure peu invasive", explique Gäbelein.

Rajeunissement des cellules

Plus de 80% des mitochondries transplantées survivent également à l'opération. Dans la plupart des cellules, les mitochondries injectées commencent à fusionner avec le réseau filamenteux de la nouvelle cellule au bout de vingt minutes. "Elles sont acceptées par la cellule hôte", explique Julia Vorholt. Ce n'est que dans quelques cellules qu'elles sont victimes du contrôle de qualité des nouvelles cellules hôtes - et qu'elles sont dégradées.

"A l'avenir, la technique présentée ici permettra des applications dans différents domaines de recherche", écrivent les chercheurs. On peut imaginer qu'elle permette par exemple de rajeunir des cellules souches dont l'activité métabolique diminue avec l'âge. Mais l'équipe de Vorholt poursuit d'autres projets. "Nous voulons comprendre les processus qui régissent la collaboration entre les différents compartiments cellulaires - et comprendre comment les endosymbioses évoluent au fil du temps", explique Vorholt.