Des muscles sortis du laboratoire

Le professeur Ori Bar-Nur de l'ETH et son équipe cultivent des cellules musculaires en laboratoire. Dans ce cas, il s'agit de cellules de souris, mais ils s'intéressent aussi aux cellules humaines ou bovines. Dans les deux cas, des applications prometteuses les attendent : Le tissu musculaire humain cultivé en laboratoire pourrait être utilisé en chirurgie ; et les cellules souches musculaires humaines pourraient aider les personnes atteintes de myopathie. Le tissu musculaire bovin produit en laboratoire pourrait quant à lui révolutionner l'industrie de la viande. Il permet de produire de la viande sans avoir à abattre d'animal.

Mais pour l'instant, les recherches de l'équipe de l'ETH visent à optimiser la production de cellules souches musculaires et à la rendre plus sûre. Ils y sont désormais parvenus grâce à une nouvelle approche.

Cellules reprogrammées

Comme d'autres chercheurs dans ce domaine, les scientifiques de l'ETH utilisent comme matériau de base pour les cellules musculaires un autre type de cellules, plus facile à cultiver : les cellules de tissu conjonctif. A l'aide d'un cocktail de substances actives et de protéines, ils reprogramment ces cellules au niveau moléculaire, de sorte qu'elles donnent naissance à des cellules musculaires qui se multiplient rapidement et forment également des fibres musculaires. "Ce procédé nous permet de produire de grandes quantités de cellules musculaires", explique Xhem Qabrati, doctorant dans le groupe de Bar-Nur et l'un des deux premiers auteurs de cette étude. "Il serait certes possible de cultiver ces cellules directement à partir de biopsies musculaires, mais les cellules perdent alors souvent leur fonctionnalité, et il est donc difficile de produire de grandes quantités de cette manière".

Un composant important du cocktail utilisé et donc un déclencheur central de la transformation cellulaire est la protéine MyoD. Il s'agit de ce que l'on appelle un facteur de transcription qui régule l'activité de certains gènes dans le noyau cellulaire. Normalement, la MyoD n'est pas présente dans les cellules du tissu conjonctif. Pour que les cellules du tissu conjonctif puissent se transformer en cellules musculaires, les scientifiques doivent les amener à produire du MyoD pendant plusieurs jours dans leur noyau.

Sans génie génétique

Jusqu'à présent, les chercheurs utilisaient le génie génétique pour ce processus : à l'aide de particules virales, ils introduisaient le mode de construction génétique de la protéine MyoD dans le noyau cellulaire. Les virus insèrent ces instructions de construction dans le génome, après quoi les cellules peuvent commencer à fabriquer la protéine. Mais cette approche comporte un risque de sécurité : les scientifiques ne peuvent pas contrôler l'endroit exact du génome où les virus insèrent ces instructions de construction. Il arrive que les virus placent les instructions au milieu d'un gène vital et l'endommagent. Ou alors, l'insertion entraîne des modifications qui peuvent déclencher un cancer.

Bar-Nur et ses collègues ont utilisé une autre approche pour introduire MyoD dans les cellules du tissu conjonctif. Ils se sont inspirés des vaccins à ARNm Covid : Au lieu d'introduire le mode de construction de l'ADN de MyoD dans les cellules à l'aide de virus, ils introduisent la transcription de l'ARNm de ce mode de construction dans les cellules. Le génome des cellules reste ainsi inchangé, ce qui permet d'éviter les conséquences négatives qui y sont liées. Néanmoins, grâce à l'ARNm, les cellules du tissu conjonctif sont capables de produire la protéine MyoD, de sorte qu'elles peuvent se transformer en cellules souches et en fibres musculaires avec les autres composants du cocktail optimisé par les chercheurs de l'ETH.

Les scientifiques ont récemment présenté cette approche dans la revue spécialisée page externeNPJ Médecine régénérative publiés. Avant eux, personne n'avait encore réussi à reprogrammer des cellules de tissu conjonctif en cellules souches musculaires sans recourir au génie génétique.

Aide à l'atrophie musculaire

Les cellules musculaires produites par les chercheurs sont également pleinement fonctionnelles, comme ils l'ont montré lors d'essais sur des souris atteintes de la dystrophie musculaire de Duchenne. Chez l'homme, il s'agit d'une maladie héréditaire rare. Chez les personnes atteintes, une protéine nécessaire à la stabilité des muscles fait défaut, ce qui entraîne une atrophie musculaire progressive et des paralysies.

Les scientifiques de l'ETH ont injecté des cellules souches musculaires sans ce défaut dans le muscle de souris atteintes de ce défaut. Ils ont ainsi pu montrer que les cellules souches saines formaient des fibres musculaires fonctionnelles dans le muscle. "Une telle transplantation de cellules souches musculaires pourrait être particulièrement intéressante pour les patients atteints de la maladie de Duchenne à un stade avancé, qui sont déjà fortement touchés par l'atrophie musculaire", explique Inseon Kim, également doctorante dans le groupe de Bar-Nur et première auteure de l'étude. La méthode se prête à la production d'une quantité suffisante de cellules souches musculaires nécessaires. D'autant plus qu'elle ne fait pas appel au génie génétique et aux risques qui y sont liés, ce qui est souhaitable pour une utilisation thérapeutique chez l'homme.

Viande alternative

Toutefois, les chercheurs doivent encore transposer leur approche aux cellules humaines. "Nous aimerions en outre étudier si les cellules de tissu conjonctif peuvent être transformées en cellules musculaires directement dans le corps, en injectant l'ARNm MyoD et les autres composants du cocktail à des souris atteintes d'une maladie musculaire", explique le professeur Bar-Nur de l'ETH. Cela aussi pourrait peut-être aider un jour les personnes concernées.

Enfin, Bar-Nur et son équipe souhaitent également intégrer les nouvelles connaissances dans leurs travaux sur les cellules bovines. Il s'agit là d'un autre pilier de leur recherche. Elle pourrait également faire progresser la culture de cellules souches musculaires animales comme méthode alternative de production de viande.