Des cellules inédites dévoilées sur une carte détaillée du cœur humain en développement


Les scientifiques viennent de publier la carte la plus détaillée à ce jour du développement du cœur humain.

L'atlas comprend 75 types de cellules cardiaques, y compris les types de cellules des valvules cardiaques et des les muscles qui alimentent ses battements qu'on n'a jamais vu auparavant. Il montre comment ces cellules et d’autres s’organisent pour former les différentes structures internes du cœur dans l’utérus. La recherche, publiée mercredi 13 mars dans la revue Naturerévèle également comment les différentes cellules interagissent au cours du développement cardiaque.

« Pour la première fois, nous pouvons voir comment les cellules cardiaques s'organisent pour former les différentes structures du cœur à haute résolution, un peu comme si nous zoomions sur des maisons individuelles dans Google Maps. » Élie Farahpremier auteur de l'étude et chercheur postdoctoral dans le domaine Neil Chi Laboratoire de recherche de l'Université de Californie à San Diego (UCSD), a déclaré à Drumpe dans un e-mail.

Pour tracer leur carte, Farah et ses collègues ont étudié des cœurs humains entiers qui avaient été donnés au Biodépôt périnatal UCSD, une banque de tissus utilisée pour étudier la grossesse humaine. Les cœurs de l’étude ont été donnés entre les semaines 9 et 16 du développement fœtal. À ce stade, le cœur est déjà passé du statut de simple tube à développer quatre chambres distinctesmais il est quand même beaucoup plus petit qu’un cœur adulte.

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Une technique utilisée par les chercheurs était le séquençage de l'ARN unicellulaire, qui leur a permis d'examiner un type de matériel génétique appelé ARN à l'intérieur de chaque cellule cardiaque. L'ARN transporte les plans stockés dans les gènes jusqu'aux usines de construction de protéines d'une cellule. L'analyse de l'ARN peut donc aider les scientifiques à identifier différents types de cellules.

L’autre technique utilisée dans cette étude est appelée « hybridation in situ à fluorescence multiplexée robuste aux erreurs », ou MERFISH en abrégé. Il a été introduit en 2019 par Quan Zhu, directeur associé du Center for Epigenomics de l'UCSD et co-auteur principal du nouvel article. Cette méthode permet aux chercheurs de détecter et de quantifier les transcriptions d’ARN – les plans copiés – de centaines de gènes dans chaque cellule tout en enregistrant l’emplacement anatomique de la cellule dans un organe.

Zhu s'est associé au laboratoire de Chi pour utiliser cette technologie de pointe pour étudier le développement du cœur humain, devenant ainsi « la première équipe de recherche à appliquer la technologie MERFISH pour étudier le cœur humain en développement avec une résolution unicellulaire résolue spatialement », a déclaré Zhu à Drumpe dans un communiqué. e-mail. En d’autres termes, MERFISH a permis à la carte de l’équipe de capturer les caractéristiques et les coordonnées des cellules individuelles du cœur fœtal.

« Nous sommes non seulement capables d'identifier des types de cellules inattendus spécifiques au cœur en développement qui ne se trouvent pas dans le cœur adulte, mais nous comprenons également plus profondément pourquoi la gauche de notre cœur est différente de la droite à un stade très précoce », a ajouté Zhu. Par exemple, davantage de couches de cellules du muscle cardiaque ont été observées dans la chambre inférieure gauche, ou ventricule gauche, que dans le ventricule droit, ce qui indique que le ventricule gauche se développe plus tôt que le ventricule droit.

En plus d’analyser des cœurs entiers, l’équipe a mené des études génétiques sur des souris et des tests de laboratoire avec des cellules souches humaines. Ceux-ci ont démontré comment différents types de cellules communiquent entre elles pour piloter le développement des structures internes du cœur.

Par exemple, ils ont observé des interactions entre les cellules musculaires des ventricules cardiaques ; les fibroblastes, ou cellules qui contribuent à la formation du tissu conjonctif ; et les cellules endothéliales, qui tapissent les vaisseaux sanguins. Ces interactions peuvent jouer un rôle dans la formation des parois ventriculaires du cœur.

« Il s'agit d'un article historique », a déclaré Norbert Hübner, professeur et chef de groupe au Centre Max Delbrück en Allemagne qui n'a pas participé à l'étude, dans un e-mail à Drumpe. La façon dont les chercheurs ont analysé l'ARN « sert de modèle pour comprendre le fonctionnement des organes au niveau cellulaire et identifier les états cellulaires et les niches cliniquement pertinents dans le cœur en développement », a-t-il déclaré.

L'atlas complet du cœur en développement a des applications très importantes.

« Les données sont cruciales pour les futures études sur les cardiopathies congénitales [heart defects people are born with] et pour éclairer les approches de médecine régénérative visant à remplacer le myocarde perdu ou dysfonctionnel [heart muscle] », a déclaré le Dr Michela Noseda, conférencière et chef de groupe à l'Imperial College de Londres qui n'a pas participé à l'étude, dans un e-mail à Drumpe.

Bien que cet atlas soit sans précédent dans ses détails, des versions encore meilleures sont en préparation.

La prochaine étape consiste à créer un modèle 3D complet du cœur humain en développement, a déclaré Farah. Ensuite, les chercheurs souhaitent suivre le développement du cœur au fil du temps pour créer « un atlas 4D du cœur humain en développement » – essentiellement une sorte de « film » du développement du cœur qui permettrait aux scientifiques de mieux comprendre ce processus critique.

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