Les maladies cardiaques sont la principale cause de décès à travers le monde. L’Organisation mondiale de la santé estime que 17,9 millions de personnes y perdent la vie chaque année, ce qui représente 32 % des décès à travers le monde.
Doris Taylor est une scientifique travaillant dans le secteur de la médecine régénérative et de l’ingénierie tissulaire. Son travail s’est concentré sur la réalisation de cœurs humains fonctionnels personnalisés dans un laboratoire qui pourrait exclure le besoin de donneurs. Taylor a surnommé ces cœurs « cœurs fantômes ».
En mars, Taylor a parlé durant la conférence Imagine Solutions 2023 à Naples, en Floride, du cœur fantôme et de son parcours pour le créer. Vous trouverez ci-dessous des réponses éditées aux questions de The Conversation. Taylor est aussi affiché sur le podcast Remarkable People de Guy Kawasaki.
Quels sont les plus grands défis auxquels sont confrontés les dons d’organes aujourd’hui ?
Actuellement, les patients nécessitant une transplantation cardiaque doivent s’inscrire sur une liste d’attente, et les cœurs deviennent disponibles lorsqu’une autre personne est morte. Parce qu’il n’y a pas assez de cœurs pour tout le monde, seuls les grands malades sont mis sur liste d’attente. Les États-Unis transplantent environ 11 cœurs par jour et, un jour donné, plus de 3 000 personnes attendent un cœur.
Même quand les organes sont transplantés avec réussite, ce n’est pas une fin de conte de fées hollywoodienne. Une personne qui reçoit une greffe d’organe échange essentiellement une maladie contre d’autres complications médicales et maladies. Les médicaments toxiques nécessaires pour prévenir le rejet peuvent provoquer une hypertension artérielle, un diabète, un cancer et une insuffisance rénale. Ce sont des problèmes médicaux graves qui affectent aussi les gens émotionnellement, financièrement et physiquement.
Environ 18 % des personnes meurent au cours de la première année suivant une greffe.
Doris Taylor prend la parole à la conférence Imagine Solutions 2023.
Qu’est-ce que le soi-disant « cœur fantôme » ? Comment ça marche?
Le cœur fantôme est un cœur dont les cellules ont été retirées. Il ne reste que la charpente du cœur, ou échafaudage. C’est ce qu’on appelle un cœur fantôme, car la suppression des cellules fait passer le cœur du rouge au blanc. Un cœur humain ne fonctionnerait pas comme un échafaudage car si peu sont disponibles pour travailler.
Donc, mon équipe et moi sommes allés avec la meilleure chose suivante : un cœur de cochon. Les cœurs de porc sont similaires aux cœurs humains en termes de taille et de structure. Les deux ont quatre chambres – deux oreillettes et deux ventricules – responsables du pompage du sang. Et des structures de cœur de porc telles que des valves ont été utilisées chez l’homme sain et sauf.
Pour éliminer les cellules, le cœur de porc est délicatement lavé à travers ses vaisseaux sanguins avec un détergent doux pour éliminer les cellules. Ce processus est appelé décelluration par perfusion. Le cœur acellulaire peut ensuite être ensemencé avec de nouvelles cellules – dans ce cas, les cellules d’un patient – formant ainsi un cœur personnalisé.
Quel rôle jouent les cellules souches dans la création d’un cœur ?
Si vous aligniez les cellules nécessaires pour un cœur humain de taille moyenne de 350 grammes, elles s’étireraient sur 41 000 miles. Empilées les unes sur les autres, elles représenteraient 2 milliards de lignes de cellules, soit suffisamment pour remplir sept écrans de cinéma. Par contre les cellules cardiaques ne se divisent pas. S’ils le faisaient, les cœurs pourraient certainement se réparer.
Les cellules souches, en revanche, se divisent. Ils peuvent aussi former des cellules spécialisées – dans ce cas, des cellules cardiaques. Le lauréat du prix Nobel, le Dr Shinya Yamanaka, a découvert une méthode pour fabriquer des cellules souches à partir de cellules sanguines ou cutanées d’un adulte. Mon équipe et moi avons utilisé cette méthode pour obtenir des cellules souches, puis avons multiplié ces cellules par milliards. Après cela, l’équipe a utilisé des produits chimiques pour les «différencier» en cellules cardiaques. Nous avons utilisé cette méthode pour obtenir des milliards et des milliards de cellules cardiaques.
La première fois que j’ai vu des cellules cardiaques battre dans un plat, cela a changé ma vie. Mais tant que les cellules sont vivantes et battent, elles ne sont pas un cœur. Pour être un cœur, ces cellules doivent être placées dans une forme qui leur permet de devenir un organe unifié, de mûrir et de pouvoir pomper le sang. Dans un corps humain, cela se produit pendant le développement ; nous avons dû reproduire cette capacité en laboratoire.
En 2022, un cœur de porc qui avait été génétiquement modifié pour réduire le rejet et améliorer l’acceptation a été transplanté chez un humain. Pourquoi est-il préférable de bâtir un cœur à partir de zéro en utilisant plutôt un échafaudage de porc ?
Soyons clairs : n’importe quel cœur vaut mieux que pas de cœur. Et la xénotransplantation – le processus par lequel des organes d’animaux non humains sont transplantés chez l’homme – a ouvert des portes à tous les scientifiques dans ce secteur.
Le patient a reçu un cœur de porc qui avait été génétiquement modifié. Des gènes humains ont été ajoutés et certains gènes porcins ont été supprimés, mais le cœur comprenait toujours essentiellement des cellules porcines dans un échafaudage porcin. En conséquence, l’individu devait prendre des médicaments anti-rejet qui supprimaient le système immunitaire. Et, à l’insu des médecins, le cœur était porteur d’un virus porcin qui a finalement tué le patient deux mois après la greffe.
Je crois que ces sortes de problèmes sont évités avec le cœur fantôme. Mon équipe retire le matériel cellulaire de porc de l’échafaudage, ne laissant que la structure protéique et les canaux des vaisseaux sanguins. Les protéines sont si similaires aux protéines d’échafaudage humaines qu’elles ne semblent pas provoquer de rejet.
Quels sont les plus grands défis auxquels est confronté l’effort du cœur fantôme ?
Mon équipe et moi avons rencontré deux obstacles majeurs. Le premier est le temps et le coût nécessaires à la croissance des cellules.
La seconde consiste à permettre au cœur de mûrir une fois que les cellules y sont délivrées, tout en désormais la stérilité en l’absence de tout antibiotique. Mon laboratoire et nos partenaires ont dû essentiellement recréer le cœur à l’extérieur du corps et bâtir l’équivalent d’un corps humain artificiel qui fournit de la nourriture, un contrôle de la température, de l’oxygène et d’autres nutriments ainsi qu’une tension artérielle et un flux sanguin artificiel – nous l’appelons un bioberceau – dans lequel placer le cœur. Nous devons entraîner les cellules cardiaques immatures à travailler ensemble alors même que nous les amenons à devenir suffisamment fortes pour pomper le sang ; comprendre comment les nourrir et leur fournir de l’oxygène sans poumons; et les garder stériles sans système immunitaire. C’est un gigantesque effort.
Je le compare à une symphonie dans laquelle chaque section doit arriver au bon moment pour créer une belle chanson complexe – mais si un morceau n’est pas prêt, tout s’effondre. Mon travail est d’être le chef d’orchestre.
Où voyez-vous l’avenir du don d’organes dans 30 ans ?
Aujourd’hui, le don d’organes est en retard par rapport aux besoins. Les chercheurs visent à changer cela en augmentant le nombre de donneurs, en rendant plus d’organes disponibles en rajeunissant ceux qui ne peuvent pas être utilisés et en développant de nouvelles technologies – comme mon équipe et moi le faisons avec le cœur fantôme. Mais c’est plus que l’offre et la demande. L’accès n’est pas égal. En fait, la transplantation d’organes est un gigantesque problème d’iniquité en matière de santé. Aujourd’hui, le système de transplantation d’organes laisse tomber les personnes de couleur. Par exemple, les Afro-Américains ont un taux plus élevé d’insuffisance cardiaque mais sont moins susceptibles de recevoir des cœurs.
Au fur et à mesure que la science évolue, les scientifiques ont la possibilité de rendre les organes accessibles et de fournir des organes qui ne exigent pas de médicaments toxiques coûteux. J’attends ce jour avec impatience et je travaille quotidiennement pour aider à le créer.
Les nombreux gens savent des mois à des années à l’avance qu’ils ont besoin d’une greffe. En général, l’attente actuelle pour un cœur est d’environ un an pour les Américains blancs mais plus longue pour les Afro-Américains, tandis que les informations pour les Latinos et les Asiatiques sont moins claires. Pour les autres organes, l’attente peut être de trois à cinq ans. Non seulement c’est long, mais c’est une période inéquitable qui doit changer.
Bâtir un cœur est un effort 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, 365 jours par an. Une équipe dévouée et moi-même, de même que des partisans, avons la possibilité de bâtir des cœurs plus tôt et de faire passer les transplantations cardiaques de procédures d’urgence à des chirurgies hospitalières planifiées – et de le faire équitablement.
Doris Taylor travaille pour Organamet Bio, Inc et détient des actions dans Miromatrix Medical. Elle reçoit un financement de l’ARMI BioFAB. Elle est affiliée à Organamet Bio, Inc; et détient des actions dans Miromatrix Medical, Inc.