Lorsque des feuilles d’épinard deviennent des tissus humains.

Les besoins en organes et tissus pour la transplantation excèdent les possibilités. Chaque jour, des patients en attente de transplantation décèdent parce qu’ils n’ont pas pu obtenir à temps leur précieuse pièce de remplacement.

L'ingénierie des tissus a fait d'énormes progrès au cours de la dernière décennie grâce au développement de greffons tissulaires, augmentant le nombre potentiel de solutions viables pour ces patients. Cependant, il y a encore des problèmes qui entravent leur pratique clinique, notamment l'absence d'un réseau vasculaire fonctionnel. Pour survivre, un groupe de cellules doit être approvisionné constamment en sang, fournisseur d’oxygène. Nous savons tous que l’absence de circulation sanguine entraîne la nécrose de l’organe touché et entraîne souvent son amputation.

Les chercheurs parviennent difficilement à reconstituer un système vasculaire complet, par exemple en impression 3D, en particulier s’il doit être doté de veines extrêmement fines.

Devant ce constat, des scientifiques de la Biomedical Engineering aux USA dont l’étude entière (Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds)  est disponible ICI  , ont pensé à utiliser des feuilles d’épinards pour développer un tissu fonctionnel du cœur humain doté de veines permettant de transporter le sang. Des racines d’arachide et du persil ont subi le même traitement, avec succès.

Les plantes et les animaux exploitent des approches fondamentalement différentes pour le transport de fluides, de produits chimiques et de macromolécules, mais il existe des similitudes surprenantes dans leurs structures de réseau vasculaire, en particulier en particulier au niveau de l'architecture microvasculaire. La vascularisation végétale suit la loi de Murray, qui est la loi physiologique décrivant la conception de réseau ramifié du système cardiovasculaire humain.

Les feuilles, et notamment celles d’épinards, sont dotées de fines veines qui transportent l’eau et les nutriments vers les cellules. Les feuilles des feuilles d'épinards ont pu être canulées grâce à leurs pétioles de grand diamètre.

On vide la feuille de ses cellules végétales (décellularisation), pour ne conserver que l’échafaudage de cellulose qui enveloppe ces cellules, tout en préservant un réseau vasculaire intact. La cellulose est biocompatible, a déjà été utilisée dans une grande variété d'applications de médecine régénératrice, telles que l'ingénierie du tissu cartilagineux ou l'ingénierie des tissus osseux. En outre, il est démontré qu’elle favorise la guérison des plaies. Une étude déjà menée à partir de tissus cellulosiques dérivés de tranches de pomme décellularisées ont démontré la capacité d'attachement et de prolifération de cellules de mammifères et elles se sont avérées biocompatibles lorsqu'elles ont été implantées par voie sous-cutanée in vivo.

Au bout de 7 jours, la feuille ainsi traitée est devenue transparente. Une fois la décellularisation terminée, les tissus ont été stockés dans de l'eau désionisée stérile à 4 ° C pendant deux semaines.

Par test, on a constaté que par rapport aux feuilles non traitées, les feuilles décellularisées ont affiché une résistance à la traction nettement inférieure. Mais le module tangent maximal pour les feuilles d'épinards décellularisées est proche de celui du tissu cardiaque humain décellularisé normal.

Ensuite, les feuilles d'épinards décellularisées ont été retirées du dispositif de réfrigération et séchées pour que puissent débuter les différents essais de perfusion.

Les capillaires humains ont des diamètres entre 5 et 10 μm qui supportent le débit des globules rouges de 6-8 μm de diamètre. Une perfusion d’un liquide rouge composé de microsphères fluorescentes de différentes tailles est donc réalisée, pour pouvoir vérifier que le réseau vasculaire est bien resté intact.  Le liquide a bien circulé même dans les plus petites branches de la veine foliaire. Les résultats démontrent que la vascularisation des feuilles supporte le flux de particules de taille d'un globule rouge.

Différents types de cellules humaines ont été ensemencés soit par l'intermédiaire des échafaudages des plantes décellularisées, soit introduits dans des réseaux vasculaires par voie de canulation.

Le système veineux de la feuille a été enrobé tout d’abord de  fibronectine obtenue à partir de plasma bovin, ceci afin de favoriser l'attachement cellulaire aux parois lignées de la vascularisation foliaire.

Les scientifiques ont eu recours aux cardiomyocytes, dérivés de cellules souches embryonnaires cardiaques pour ensemencer la structure de la feuille.  

In Fine, on constate que le tissu humain est resté attaché et viable. Des améliorations dans la fonctionnalisation de la vascularisation des feuilles et l'utilisation de bioréacteurs de perfusion seront cependant nécessaires avant que l'endothélialisation (le tapissage de la paroi interne des vaisseaux et du cœur) complète de la feuille entière puisse se produire.

Le tissu s’est naturellement formé autour du réseau de veines, pouvant créer un greffon autologue, perfusable.

La décellularisation des cellules humaines n’a pas donné de résultats suffisants. De nombreuses recherches supplémentaires devront être menées avant que tous les organes humains décellularisés entiers ne puissent être considérés comme une option pratiquée cliniquement. Les tissus issus de mammifères sont peu disponibles et coûtent cher. En outre, il se pose toujours la question éthique de l’expérimentation animale.

Les biomatériaux synthétiques sont généralement générés par le traitement chimique de ressources non renouvelables, comme le pétrole, et leur production produit souvent des sous-produits toxiques.

Par conséquent, une source de tissus plus cohérente, offrant une grande variété de structures anatomiques et facilement disponible donnerait des perspectives améliorées en augmentant le nombre viable de greffes à un coût nettement inférieur et s’avérer être un atout majeur en médecine régénératrice. On pourrait trouver un végétal dont la structure s’adapte au mieux à une greffe donnée. Ainsi le tissu végétal hautement vascularisé de la feuille d'épinards est tout à fait adapté pour une reconstruction du tissu cardiaque, alors que la structure cylindrique et creuse de l’Impatiente du Cap (Impatiens capensis) pourrait mieux s'adapter à une greffe artérielle. Enfin, les colonnes vasculaires du bois pourraient être utiles dans l'ingénierie osseuse en raison de leur force relative et de leurs géométries.

Ces systèmes veineux d’origine végétale pourraient sauver des patients atteints de lésions du tissu musculaire cardiaque.

A.Zeletzki v.Potschenitz

31 mars 2017