Les chercheurs de l'Institut Wake Forest pour la médecine régénératrice ont atteint des étapes importantes dans leur quête d'ingénierie des tissus de remplacement dans le laboratoire pour traiter les conditions du système digestif - des nourrissons nés avec des intestins trop courts aux adultes atteints de maladie intestinale inflammatoire, de cancer du côlon ou d'incontinence fécale.
Dans le cadre de la médecine translationnelle des cellules souches, l'équipe de recherche a vérifié l'efficacité des sphincters anaux cultivés en laboratoire pour traiter un grand modèle animal pour l'incontinence fécale, une étape importante avant de progresser vers des études chez l'homme. Et le mois dernier, dans l'ingénierie des tissus, l'équipe a signalé le succès de l'implantation d'intestins d'ingénierie humaine chez les rongeurs.
"Les résultats des deux projets sont prometteurs et passionnants", a déclaré Khalil N. Bitar, Ph.D., AGAF, chercheur principal sur les projets et professeur de médecine régénératrice à l'institut. "Notre objectif est d'utiliser les cellules propres d'un patient pour concevoir des tissus de remplacement dans le laboratoire pour des conditions dévastatrices qui affectent le système digestif".
Projet Sphincter: Les sphincters conçus en laboratoire sont conçus pour traiter l'incontinence passive, les décharges involontaires de selles causées par un muscle anneau affiné comme le sphincter anal interne. Le muscle peut perdre sa fonction en raison de son âge ou peut être endommagé pendant la naissance de l'enfant et certains types de chirurgie, comme le cancer.
Les options actuelles pour réparer le sphincter anal interne comprennent les greffes de muscle squelettique, le matériel de silicone injectable ou l'implantation de dispositifs mécaniques, tous présentant des taux de complication élevés et des succès limités.
"L'approche de la médecine régénératrice offre un potentiel prometteur pour les personnes atteintes d'une incontinence fécale passive", a déclaré Bitar. "Ces patients sont confrontés à l'embarras, des activités sociales limitées conduisant à la dépression et, parce qu'ils sont réticents à déclarer leur état, ils souffrent souvent sans aide".
L'équipe de Bitar travaille à l'ingénierie des sphincters de remplacement depuis plus de 10 ans. En 2011, l'équipe a été la première à signaler des sphincters anaux fonctionnels développés en laboratoire, biologiquement impliqués dans des cellules humaines implantées chez des rongeurs immunodéprimés. L'étude actuelle portait sur 20 lapins avec une incontinence fécale. Huit animaux ont été traités avec des sphincters conçus à partir de leurs propres muscles et cellules nerveuses, huit animaux n'ont pas été traités et quatre ont reçu une chirurgie «simulée».
Les sphincters ont été conçus en utilisant de petites biopsies du sphincter et du tissu intestinal des animaux. À partir de ce tissu, le muscle lisse et les cellules nerveuses ont été isolés puis multipliés en laboratoire. Dans un moule en forme d'anneau, les deux types de cellules ont été stratifiés pour construire le sphincter. L'ensemble du processus a duré environ quatre à six semaines.
Chez les animaux recevant les sphincters, la continence fécale a été restaurée pendant une période de suivi de trois mois par rapport aux autres groupes, ce qui n'a pas amélioré. Les mesures de la pression et du tonus du sphincter ont montré que les sphincters étaient viables et fonctionnels et maintenaient à la fois les composants musculaires et nerveux. À l'heure actuelle, un suivi plus long des sphincters implantés est proche de l'achèvement avec de bons résultats.
Projet intestinal: Le projet intestinal vise à aider les patients atteints d'une panne intestinale, c'est-à-dire lorsque l'intestin grêle fonctionne mal ou est trop court pour digérer les aliments et absorber les nutriments essentiels à la santé. Les patients doivent se nourrir à travers un cathéter ou une aiguille. La situation présente diverses causes. Les nourrissons peuvent naître avec un intestin grêle manquant ou dysfonctionnel. Chez les adultes, la chirurgie pour éliminer les sections d'intestin en raison d'un cancer ou d'une autre maladie peut entraîner un intestin trop court. La transplantation intestinale est une option, mais les tissus des donneurs sont peu nombreux et la procédure a des taux de mortalité élevés.
"Un défi majeur dans la construction de tissus intestinaux de remplacement dans le laboratoire est que c'est la combinaison du muscle lisse et des cellules nerveuses dans le tissu intestinal qui déplace les aliments alimentaires digérés à travers le tractus gastro-intestinal", a déclaré Bitar.
Grâce à beaucoup d'essais et d'efforts, son équipe a appris à utiliser les deux types de cellules pour créer des «feuilles» de muscles pré-câblés avec des nerfs. Les feuilles sont ensuite enroulées autour de moules tubulaires en chitosane, un matériau naturel issu des coquilles de crevettes. Le matériel est déjà approuvé par la Food and Drug Administration des États-Unis pour certaines applications.
Dans l'étude actuelle, les structures tubulaires ont été implantées chez les rats en deux phases. Dans la première phase, les tubes ont été implantés dans l'omentum, qui est un tissu adipeux dans l'abdomen inférieur, pendant quatre semaines. Riche en oxygène, ce tissu favorise la formation de vaisseaux sanguins dans les tubes. Au cours de cette phase, les cellules musculaires ont commencé à libérer des matériaux qui finiraient par remplacer l'échafaudage alors qu'il se dégradait.
Pour la phase 2, les intestins tubulaires bio-ingénierie étaient reliés aux intestins des animaux, semblable à une transplantation intestinale. Au cours de cette phase de six semaines, les tubes ont développé une doublure cellulaire lorsque les cellules épithéliales du corps ont migré vers la région. Les rats ont pris du poids et des études ont montré que l'intestin de remplacement était de couleur saine et contenait nourriture digérée. Les chercheurs sont enthousiasmés par les résultats et leur prochaine étape consiste à tester les structures chez les grands animaux. "Nos résultats suggèrent que l'intestin artificiel artificiel pourrait fournir un traitement viable pour allonger l'intestin chez les patients souffrant de troubles gastro-intestinaux ou des patients qui perdent des parties de leurs intestins en raison du cancer", a déclaré Bitar. Le soutien financier pour le projet de biosphincter comprenait les Forces armées américaines, les instituts nationaux de la santé sous l'Institut des Forces armées pour la médecine régénératrice (W81XWH-13-2-0052) et l'Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales (R01DK071614 et R42DK105593 à CELLF BIO LLC). Le soutien au projet intestinal provient de Wake Forest School of Medicine.
